DE102020123785A1

DE102020123785A1 - Method of processing a material

Info

Publication number: DE102020123785A1
Application number: DE102020123785.5A
Authority: DE
Inventors: Jonas Kleiner; Daniel Flamm; Henning Rave
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines zu bearbeitenden Materials (300) mittels eines Laserstrahls (200), insbesondere zum Schneiden von Silizium-Wafern, wobei der Laserstrahl (200) auf einen Lichtmodulator (110) zur Phasen- und/oder Amplitudenmodulation gelenkt wird, um dem Laserstrahl (200) eine Intensitätsverteilung aufzuprägen, welche einer kontinuierlichen Bearbeitungskontur (400) entspricht, und der Laserstrahl (200) zur Bearbeitung des Materials (300) mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur (400) auf das Material (300) abgebildet wird und der Laserstrahl (200) zur Bearbeitung relativ zu dem zu bearbeitenden Material (300) stationär gehalten wird.

The present invention relates to a method for processing a material (300) to be processed using a laser beam (200), in particular for cutting silicon wafers, the laser beam (200) being directed onto a light modulator (110) for phase and/or amplitude modulation in order to impress an intensity distribution on the laser beam (200) which corresponds to a continuous processing contour (400), and the laser beam (200) for processing the material (300) with the imprinted processing contour (400) is imaged onto the material (300) and the laser beam (200) for processing is kept stationary relative to the material (300) to be processed.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines zu bearbeitenden Materials mittels eines Laserstrahls, insbesondere zum Schneiden von Konturen wie beispielsweise Mikrochips aus Silizium-Wafern.The present invention relates to a method for processing a material to be processed using a laser beam, in particular for cutting contours such as microchips from silicon wafers.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, zum Bearbeiten eines Materials, insbesondere zum Ausschneiden von Mikrochips aus Silizium-Wafern, Multispotoptiken einzusetzen, wobei ein einfallender Laserstrahl in mehrere zueinander versetzte Teillaserstrahlen aufgespaltet wird und die verschiedenen Teillaserstrahlen dann parallel zueinander entlang einer vorgegebenen Trennlinie über den Wafer geführt werden, um diesen dann entlang der Trennlinie zu trennen.It is known to use multi-spot optics for processing a material, in particular for cutting out microchips from silicon wafers, in which case an incident laser beam is split into a plurality of partial laser beams that are offset relative to one another and the various partial laser beams are then guided parallel to one another along a predetermined dividing line across the wafer. to then separate it along the dividing line.

Um die Teillaserstrahlen über den Wafer zu führen, werden Achs- und Scannersysteme verwendet, die entweder die Teillaserstrahlen oder das Material oder beides bewegen. Der Einsatz von solchen Systemen bedingt aufwändige Mess- und Positioniervorgänge, da die Teillaserstrahlen über die gesamte Breite der Bearbeitungsregion die vorgegebene Trennlinie überstreichen müssen und von dieser nicht abweichen dürfen. Insbesondere kann es am Rande des Wafers zu Beschädigungen der Halterfolie und der Werkstückaufnahme kommen, wenn einzelne Teillaserstrahlen über den Rand des Materials hinausfahren müssen.In order to guide the partial laser beams over the wafer, axis and scanner systems are used that either move the partial laser beams or the material or both. The use of such systems requires complex measuring and positioning processes, since the partial laser beams have to sweep over the specified dividing line over the entire width of the processing region and must not deviate from it. In particular, damage to the holder foil and the workpiece holder can occur at the edge of the wafer if individual partial laser beams have to move beyond the edge of the material.

Aus EP2186596A1 sind Systeme bekannte, die mit einem Lichtmodulator Aberrationen und Wellenfronten eines Laserstrahls kompensieren. Jedoch steht hierbei das punktweise Abbilden des Laserstrahls auf ein zu schneidendes Material im Vordergrund.the end EP2186596A1 systems are known that use a light modulator to compensate for aberrations and wavefronts of a laser beam. However, the focus here is on point-by-point imaging of the laser beam onto a material to be cut.

Aus DE 112013002095T5 sind Strahlformungsvorrichtungen bekannt, die näherungsweise eine gewünschte Intensitäts- und Phasenverteilung eines Laserstrahls ermöglichen, jedoch werden diese Strahlformungseinheiten nicht zum Bearbeiten eines Materials eingesetzt.the end EN112013002095T5 beam-shaping devices are known which approximately enable a desired intensity and phase distribution of a laser beam, but these beam-shaping units are not used for processing a material.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bearbeiten eines zu bearbeitenden Materials bereitzustellen.Proceeding from the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved method for processing a material to be processed.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines zu bearbeitenden Materials, insbesondere zum Ausschneiden eines Chips aus einem Silizium-Wafer, mittels eines Laserstrahls mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.The object is achieved by a method for processing a material to be processed, in particular for cutting out a chip from a silicon wafer, using a laser beam with the features of claim 1. Advantageous developments of the method result from the dependent claims and the present description and the figures.

Entsprechend wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines zu bearbeitenden Materials mittels eines Laserstrahls, insbesondere zum Schneiden von Silizium-Wafern, vorgeschlagen, wobei der Laserstrahl auf einen Lichtmodulator zur Phasen- und/oder Amplitudenmodulation gelenkt wird, um dem Laserstrahl eine Intensitätsverteilung aufzuprägen, welche einer kontinuierlichen Bearbeitungskontur entspricht, und der Laserstrahl zur Bearbeitung des Materials mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur auf das Material abgebildet wird und der Laserstrahl zur Bearbeitung relativ zu dem zu bearbeitenden Material stationär gehalten wird.Accordingly, a method for processing a material to be processed using a laser beam, in particular for cutting silicon wafers, is proposed, the laser beam being directed onto a light modulator for phase and/or amplitude modulation in order to impress the laser beam with an intensity distribution which has a continuous Machining contour corresponds, and the laser beam for machining the material with the embossed machining contour is imaged on the material and the laser beam for machining is kept stationary relative to the material to be machined.

Das Material kann beispielsweise ein metallisches Werkstück oder eine Invar-Folie sein, aber auch andere Werkstücke, die mittels eines Laserstrahls bearbeitet werden können, wie beispielsweise Glas, Dünnstglas, Polymere, Polymerfolien, Keramiken oder Silizium. Ein Silizium-Wafer kann insbesondere jeder Wafer sein, der auf Silizium basiert, wie beispielsweise Si, SiO2 und SOI („silicon on insulator“) sowie dotierte Varianten hiervon.The material can be, for example, a metallic workpiece or an Invar film, but also other workpieces that can be processed using a laser beam, such as glass, ultra-thin glass, polymers, polymer films, ceramics or silicon. A silicon wafer can in particular be any wafer based on silicon, such as Si, SiO2 and SOI (“silicon on insulator”) as well as doped variants thereof.

Der Laserstrahl wird durch eine Laserstrahlquelle bevorzugt so erzeugt, dass er eine Gauß-Grundmode mit wohldefinierter linearer Polarisation aufweist. Eine Gauß-förmige Intensitätsverteilung beziehungsweise eine Gauß-Grundmode ist insbesondere eine Intensitätsverteilung deren laterales Querschnittsprofil durch den Strahlmittelpunkt immer einer Gaußschen Glockenkurve entspricht, also insbesondere radialsymmetrisch ist. Insbesondere kann der Laserstrahl auch gepulst sein.The laser beam is preferably generated by a laser beam source in such a way that it has a Gaussian basic mode with well-defined linear polarization. A Gaussian intensity distribution or a Gaussian basic mode is, in particular, an intensity distribution whose lateral cross-sectional profile through the center of the beam always corresponds to a Gaussian bell-shaped curve, that is, in particular, is radially symmetrical. In particular, the laser beam can also be pulsed.

Unter einem Lichtmodulator wird eine Vorrichtung verstanden, die dazu eingerichtet ist, Licht, insbesondere einen einfallenden Laserstrahl, in zwei Raumdimensionen in einer oder mehreren Eigenschaften zu beeinflussen. Dabei kann der Lichtmodulator insbesondere dazu eingerichtet sein, eine laterale Phasenverteilung, eine Polarisationsverteilung, eine Intensitäts- oder Amplitudenverteilung und/oder eine Propagationsrichtung des Lichts, insbesondere des Laserstrahls, zu beeinflussen. Es kann sich ebenso eine Beeinflussung der Propagationsrichtung bevorzugt indirekt aus der Beeinflussung insbesondere der Phasenverteilung ergeben.A light modulator is understood to mean a device which is set up to influence light, in particular an incident laser beam, in one or more properties in two spatial dimensions. In this case, the light modulator can be set up in particular to influence a lateral phase distribution, a polarization distribution, an intensity or amplitude distribution and/or a propagation direction of the light, in particular of the laser beam. The propagation direction can also be influenced, preferably indirectly, by influencing the phase distribution in particular.

Ein Lichtmodulator kann beispielsweise ein Nanogitter oder ein Hybridelement oder ein diffraktives optisches Elemente sein, welche durch deren inhärente Struktur oder Ausgestaltung dem Laserstrahl eine definierte Phasenverteilung aufprägen können. Beispielsweise kann ein Lichtmodulator aber auch ein räumlicher Lichtmodulator sein, dessen Zellen beziehungsweise Pixel den Laserstrahl durch einstellbare doppelbrechende Eigenschaften beeinflussen. Ein Lichtmodulator kann aber auch lediglich eine leistungstaugliche Blende, beispielsweise Lochblende, sein, welche die Amplitudenverteilung des Laserstrahls beeinflusst.A light modulator can be, for example, a nanolattice or a hybrid element or a diffractive optical element which imparts a defined phase distribution to the laser beam due to their inherent structure or design be able. For example, a light modulator can also be a spatial light modulator whose cells or pixels influence the laser beam through adjustable birefringent properties. However, a light modulator can also just be an effective diaphragm, for example a perforated diaphragm, which influences the amplitude distribution of the laser beam.

Unter einer lateralen Verteilung versteht man eine Verteilung einer Eigenschaft des Laserstrahls in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, vorzugsweise in der Bearbeitungsebene des Materials. Beispielsweise ist eine laterale Intensitätsverteilung eine Verteilung der Intensität in einer Ebene senkrecht zum Laserstrahl, so dass die Intensität des Laserstrahls über den Strahlquerschnitt vom Ort relativ zum Strahlmittelpunkt abhängt. Beispielsweise kann die laterale Verteilung eine Gaußsche Verteilung sein, so dass die Intensität des Laserstrahls vom Abstand zum Strahlmittelpunkt abhängt. Die Intensitätsverteilung kann auch als Flat-Top Intensitätsverteilung bereitgestellt werden, bei der innerhalb eines bestimmbaren Abstandes zum Strahlmittelpunkt die Intensität im Wesentlichen konstant ist und außerhalb des bestimmbaren Abstandes die Intensität vorzugsweise auf null abfällt. Eine laterale Intensitätsverteilung beinhaltet auch, dass die Intensitätsverteilung eines Laserstrahls nur in einem bestimmten Abstand eine Intensität aufweist, die zur Bearbeitung ausreichend ist. Beispielsweise sind kreisförmige Intensitätsverteilungen möglich. Allgemeiner können auch rechteckige oder quadratische Strahlformen möglich sein, wobei dann die Intensität nur an den Orten der jeweiligen Seiten einen für die Bearbeitung ausreichenden Wert aufweist.A lateral distribution means a distribution of a property of the laser beam in a plane perpendicular to the direction of propagation of the laser beam, preferably in the processing plane of the material. For example, a lateral intensity distribution is a distribution of intensity in a plane perpendicular to the laser beam, so that the intensity of the laser beam across the beam cross-section depends on the location relative to the center of the beam. For example, the lateral distribution can be a Gaussian distribution, so that the intensity of the laser beam depends on the distance from the center of the beam. The intensity distribution can also be provided as a flat-top intensity distribution, in which the intensity is essentially constant within a determinable distance from the beam center and the intensity preferably falls to zero outside the determinable distance. A lateral intensity distribution also means that the intensity distribution of a laser beam only has an intensity that is sufficient for processing at a certain distance. For example, circular intensity distributions are possible. More generally, rectangular or square beam shapes can also be possible, in which case the intensity then only has a value that is sufficient for processing at the locations on the respective sides.

Analog können auch laterale Phasenverteilungen möglich sein, wobei die Phase des Laserstrahls vom Ort relativ zum Strahlmittelpunkt abhängt. Beispielsweise kann man darunter auch eine sogenannte Wellenfront verstehen. Beispielsweise kann das optische beziehungsweise elektromagnetische Feld einer Seite des Laserstrahls asynchron oder außer Phase zur anderen Seite des Laserstrahls schwingen. Es sind aber auch beliebige andere vorstellbare Phasenverteilungen möglich.Similarly, lateral phase distributions can also be possible, with the phase of the laser beam depending on the location relative to the center of the beam. For example, this can also be understood as a so-called wavefront. For example, the optical or electromagnetic field on one side of the laser beam can oscillate asynchronously or out of phase with respect to the other side of the laser beam. However, any other conceivable phase distributions are also possible.

Analog können auch laterale Polarisationsverteilungen möglich sein, wobei die Polarisation des Laserstrahls vom Ort relativ zum Strahlmittelpunkt abhängt. Beispielsweise kann eine erste Strahlhälfte s-polarisiert sein und eine zweite Strahlhälfte p-polarisiert sein.Analogously, lateral polarization distributions can also be possible, with the polarization of the laser beam depending on the location relative to the center of the beam. For example, a first half of the beam can be s-polarized and a second half of the beam can be p-polarized.

Lichtmodulatoren können die Eigenschaft aufweisen, dass sie die Phasen- und/oder Amplituden- und/oder Polarisationsverteilung des Laserstrahls beeinflussen. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird jedoch nur isoliert die Amplituden- und/oder Phasenverteilung des Laserstrahls beeinflusst. Dies kann insbesondere durch eine initiale Polarisationsrichtung erreicht werden, so dass der Lichtmodulator dem Laserstrahl keine weitere Polarisationsverteilung aufprägt.Light modulators can have the property that they influence the phase and/or amplitude and/or polarization distribution of the laser beam. In a first step of the method, however, the amplitude and/or phase distribution of the laser beam is only influenced in isolation. This can be achieved in particular by an initial polarization direction, so that the light modulator does not impress any further polarization distribution on the laser beam.

Insbesondere kann der Laserstrahl so auf den Lichtmodulator gelenkt werden, dass er nach einer ersten Modulation anschließend eine zweite Modulation erfährt, um dem Laserstrahl so insgesamt eine Intensitätsverteilung aufzuprägen, welche der kontinuierlichen Bearbeitungskontur entspricht, mit der dann die eigentliche Materialbearbeitung vorgenommen wird. Ebenso kann der Laserstrahl so auf den Lichtmodulator gelenkt werden, dass er nach der zweiten Modulation eine dritte Modulation, eine vierte Modulation usw. erfährt.In particular, the laser beam can be directed onto the light modulator in such a way that, after a first modulation, it then undergoes a second modulation in order to impress the laser beam with an overall intensity distribution that corresponds to the continuous processing contour with which the actual material processing is then carried out. Likewise, the laser beam can be directed onto the light modulator in such a way that after the second modulation it experiences a third modulation, a fourth modulation, etc.

Die Bearbeitungskontur ist die Form des Laserstrahls, die der Geometrie des zu bearbeitenden Bereichs des zu bearbeitenden Materials in der Bearbeitungsebene des zu bearbeitenden Materials entspricht. Mit anderen Worten hat die Bearbeitungskontur die Form der zu bearbeitenden Geometrie, kann aber beispielsweise noch eine andere Dimensionierung aufweisen, so dass die Bearbeitungskontur erst durch die Abbildung auf die Bearbeitungsebene beispielsweise durch eine Bearbeitungsoptik auch die schlussendlich in dem zu bearbeitenden Material zu bearbeitenden Dimensionen erhält.The processing contour is the shape of the laser beam that corresponds to the geometry of the area to be processed of the material to be processed in the processing plane of the material to be processed. In other words, the machining contour has the shape of the geometry to be machined, but can also have a different dimension, for example, so that the machining contour only acquires the dimensions to be machined in the material to be machined by mapping it onto the machining plane, for example by means of a machining optic.

Die Bearbeitungskontur kann flächig ausgebildet sein, um einen entsprechend flächigen Bereich in dem zu bearbeitenden Material zu bearbeiten - beispielsweise zum Abtragen des korrespondierenden flächigen Bereichs des Materials. Die Bearbeitungskontur kann aber auch lediglich der Umrandung einer beliebigen Fläche folgen, oder eine beliebig geformte Linie sein. Die geschlossene Umrandung einer Fläche in der Bearbeitungsebene kann beispielsweise zum Ausschneiden des umrandeten Bereichs aus dem Material dienen - beispielsweise zum Ausschneiden von einzelnen Mikrochips aus einem Silizium-Wafer.The processing contour can be of flat design in order to process a correspondingly flat area in the material to be processed—for example, to remove the corresponding flat area of the material. However, the processing contour can also simply follow the border of any surface, or be a line of any shape. The closed border of a surface in the processing plane can be used, for example, to cut out the bordered area from the material—for example, to cut out individual microchips from a silicon wafer.

Die Bearbeitungskontur wird insbesondere durch den Teil des Laserstrahls gebildet, dessen Intensität groß genug ist, um das Material zu bearbeiten.The processing contour is formed in particular by that part of the laser beam whose intensity is high enough to process the material.

Die Bearbeitungskontur entspricht bei einer Anwendung zum Schneiden oder Trennen des zu bearbeitenden Materials auch der gewünschten (kontinuierlichen) Trennlinie beziehungsweise einem Bereich dieser.In the case of an application for cutting or separating the material to be processed, the processing contour also corresponds to the desired (continuous) separating line or a region of this.

Die Bearbeitungskontur ist kontinuierlich. Das kann bedeuten, dass die Bearbeitungskontur nicht aus Einzelspots eines Lasers zusammengesetzt ist.The processing contour is continuous. That can mean that the machining contour is not composed of individual spots of a laser.

Beispielsweise kann die Bearbeitungskontur durch ein zusammenhängendes Lichtfeld gegeben sein, welches in mindestens einer Dimension deutlich größer, beispielsweise 10mal größer, als ein Einzelspot ist. Beispielsweise kann der minimale Durchmesser eines Einzelspots eines Lasers mit einer Wellenlänge von 1µm durch eine Fokussierung ebenfalls 1µm betragen. Dementsprechend ist eine Bearbeitungskontur kontinuierlich, wenn über eine Distanz von 10µm ein zusammenhängendes Lichtfeld erzeugt wird.For example, the processing contour can be given by a coherent light field that is significantly larger in at least one dimension, for example 10 times larger, than an individual spot. For example, the minimum diameter of an individual spot of a laser with a wavelength of 1 μm can also be 1 μm due to focusing. Accordingly, a processing contour is continuous if a coherent light field is generated over a distance of 10 µm.

Somit ist es möglich, eine durchgängige Bearbeitungskante, beispielsweise Trennkante, zu erzeugen. Weiterhin ist es möglich, auf diese Weise eine gleichzeitige Bearbeitung der gesamten Bearbeitungskontur zu erreichen, ohne dass eine Relativbewegung zwischen dem zu bearbeitenden Material und dem Laserstrahl aufgebracht werden muss. Mit anderen Worten kann beispielsweise ein Mikrochip gleichzeitig komplett mit einer Positionierung der Bearbeitungskontur ausgeschnitten werden.It is thus possible to produce a continuous processing edge, for example a separating edge. Furthermore, it is possible in this way to achieve simultaneous processing of the entire processing contour without a relative movement having to be applied between the material to be processed and the laser beam. In other words, a microchip, for example, can be completely cut out at the same time as the machining contour is positioned.

Eine Bearbeitungskontur kann insbesondere aus verschiedenen kontinuierlichen Bearbeitungskonturen zusammengesetzt sein. Insbesondere ist die zusammengesetzte Bearbeitungskontur ebenfalls kontinuierlich, wenn die zusammengesetzte Bearbeitungskontur nur kontinuierliche Bearbeitungskonturen umfasst. Beispielsweise kann eine erste Bearbeitungskontur ein rundes flächiges und zusammenhängendes Lichtfeld sein und eine zweite Bearbeitungskontur kann die Außenkontur, also die Umrandung, eines Rechtecks sein, bzw. eine aus geraden Linien zusammengesetzte Linie sein. Beide Konturen sind kontinuierlich in dem Sinne, dass sie nicht aus Einzelspots gebildet werden, sondern jeweils ein zusammenhängendes Lichtfeld sind. Werden dem Laserstrahl beide kontinuierlichen Bearbeitungskonturen aufgeprägt, so ist die Bearbeitungskontur zusammengesetzt und kontinuierlich.A processing contour can in particular be composed of different continuous processing contours. In particular, the composite machining contour is also continuous if the composite machining contour only includes continuous machining contours. For example, a first processing contour can be a round, two-dimensional and coherent light field and a second processing contour can be the outer contour, ie the border, of a rectangle or a line made up of straight lines. Both contours are continuous in the sense that they are not formed from individual spots, but are each a coherent field of light. If both continuous processing contours are impressed on the laser beam, the processing contour is compound and continuous.

Der Laserstrahl mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur oder -Kontur wird auf das Material abgebildet, wodurch die Laserenergie gemäß der Laserintensität in das Material eingebracht wird. Durch das Einbringen der Laserenergie wird Material aus dem ursprünglichen Materialverbund herausgelöst. Dies kann beispielsweise durch Prozesse stattfinden, die als Laserablation, Laserbohren, Laserschruppen, Laserpolieren oder Laserbohren bekannt sind.The laser beam with the embossed processing contour or outline is imaged onto the material, whereby the laser energy is introduced into the material according to the laser intensity. By introducing the laser energy, material is detached from the original material compound. This can take place, for example, through processes known as laser ablation, laser drilling, laser roughing, laser polishing, or laser drilling.

Indem der Laserstrahl mit der definierten Phasen-, Polarisations- und Amplitudenverteilung auf das Material abgebildet und die Laserenergie in das Material eingebracht wird, wird insbesondere nur dort Material abgetragen, wo die Intensität des Laserstrahls groß genug ist, um einen der vorstehenden Prozesse durchzuführen. Insbesondere wird somit durch die Form der Bearbeitungskontur des Laserstrahls die geometrische Form des Abtrags im Material bestimmt.Since the laser beam is imaged onto the material with the defined phase, polarization and amplitude distribution and the laser energy is introduced into the material, material is only removed where the intensity of the laser beam is high enough to carry out one of the above processes. In particular, the geometric shape of the ablation in the material is thus determined by the shape of the machining contour of the laser beam.

Insbesondere wird der Laserstrahl, vorzugsweise mittels einer Bearbeitungsoptik, in die Bearbeitungsebene des Materials abgebildet und auch fokussiert. Beispielsweise kann die Bearbeitungsebene genau auf der Oberfläche des Materials liegen, sie kann aber auch über der Oberfläche, insbesondere aber unter der Oberfläche, also im Volumen des Materials, liegen. Insbesondere kann die Bearbeitungsebene durch die Bearbeitungsoptik in verschiedene Tiefenlagen des Materials fokussiert werden, wobei sich auch während des Bearbeitungsprozesses die Tiefenlage ändern kann.In particular, the laser beam is imaged and also focused in the processing plane of the material, preferably by means of processing optics. For example, the processing plane can lie exactly on the surface of the material, but it can also lie above the surface, but in particular below the surface, ie in the volume of the material. In particular, the processing plane can be focused into different depths of the material by the processing optics, and the depth can also change during the processing process.

Wenn der Laserstrahl beim Einbringen der Bearbeitungskontur stationär gehalten wird, dann bedeutet das insbesondere, dass keine laterale relative Bewegung zwischen den Laserstrahl und Material stattfindet. Dies gilt insbesondere in x- und y-Richtung, in der dann keine Bewegung während der gleichzeitigen Bearbeitung der Bearbeitungskontur stattfindet. Eine laterale relative Bewegung zwischen Material und Laserstrahl kann bedeuten, dass sich der Laserstrahl auf dem Material bewegt, wobei entweder das Material über ein Achssystem, beispielsweise mit einem Vorschub bewegt wird, oder der Laser mit einem Scannersystem, beispielsweise einem Laserscanner, bewegt wird.If the laser beam is kept stationary when the machining contour is introduced, this means in particular that there is no relative lateral movement between the laser beam and the material. This applies in particular in the x and y direction, in which there is then no movement while the machining contour is being machined at the same time. A lateral relative movement between the material and the laser beam can mean that the laser beam moves on the material, with either the material being moved via an axis system, for example with a feed, or the laser being moved with a scanner system, for example a laser scanner.

Im Prozess findet eine solche laterale relative Bewegung zwischen Laserstrahl und Material nicht statt. Dadurch entfällt ein eventueller Vorschubprozess oder eine Linearachsbewegung mit einem Achssystem, um entlang der Bearbeitungskontur zu schneiden. Insbesondere sind bei flächigen Bearbeitungskonturen keine mehrfachen Überfahrten mit parallelen Vorschubtrajektorien notwendig, wodurch besonders viel Prozesszeit eingespart werden kann. Indem ein Vorschub unterbleibt und die Teillaserstrahlen einer Multistrahloptik nicht wie im Stand der Technik über den Rand des Materials gefahren werden müssen, werden die Halterfolie des Materials und die Werkstückaufnahme geschont beziehungsweise nicht durch Laserstrahlung beschädigt.Such a lateral relative movement between the laser beam and the material does not occur in the process. This eliminates any feed process or linear axis movement with an axis system to cut along the machining contour. In particular, no multiple passes with parallel feed trajectories are necessary in the case of flat machining contours, as a result of which a particularly large amount of process time can be saved. Since there is no feed and the partial laser beams of a multi-beam optics do not have to be moved over the edge of the material as in the prior art, the holder film of the material and the workpiece holder are protected or not damaged by laser radiation.

Ein Lichtmodulator kann daher einen Laserstrahl in der finalen Bearbeitungskontur, der sogenannten Endgeometrie oder Endkontur, auf das Material abbilden und Laserenergie entsprechend in das Material einzubringen. Dies vereinfacht das Verfahren nach dem Stand der Technik, da so lediglich eine einzige Positionierung von Laserstrahl und Material vorgenommen werden muss. Eine Ausrichtung des Werkstückes entlang der Achsen eines Achs- oder Scannersystems entfällt damit, wodurch kostengünstigere Positioniersysteme eingesetzt werden können. Lediglich die Bearbeitungskontur muss zum Werkstück positioniert werden, jedoch - zumindest bei Verwendung einer geschlossenen Kontur - nicht einzelne Konturabschnitte zueinander.A light modulator can therefore image a laser beam in the final processing contour, the so-called final geometry or final contour, on the material and introduce laser energy accordingly into the material. This simplifies the method according to the prior art, since only a single positioning of the laser beam and material has to be carried out. An alignment of the workpiece along the axes of a This eliminates the need for an axis or scanner system, which means that more cost-effective positioning systems can be used. Only the machining contour has to be positioned in relation to the workpiece, however - at least when using a closed contour - individual contour sections do not have to be positioned in relation to one another.

Das Material kann entlang der gesamten Bearbeitungskontur gleichzeitig abgetragen werden, bevorzugt schichtweise abgetragen werden.The material can be removed simultaneously along the entire machining contour, preferably removed in layers.

Ein gleichzeitiger Abtrag liegt vor, wenn in allen Punkten der Bearbeitungskontur zur selben Zeit, oder innerhalb bestimmter zeitlicher Grenzen, beispielsweise innerhalb der Pulsdauer oder innerhalb der Pulszyklusdauer, die jeweils anteilige Laserenergie des geformten Laserstrahls eingebracht wird. Beispielsweise wird in eine quadratische Bearbeitungskontur in jede Seite des Quadrats gleich viel Laserenergie eingebracht. Zudem findet der Eintrag der Laserenergie zur selben Zeit in alle Seiten statt.Simultaneous removal occurs when the proportional laser energy of the shaped laser beam is applied to all points of the processing contour at the same time or within certain time limits, for example within the pulse duration or within the pulse cycle duration. For example, in a square processing contour, the same amount of laser energy is applied to each side of the square. In addition, the laser energy is applied to all sides at the same time.

Schichtweise abtragen kann hierbei bedeuten, dass am Ort der eingebrachten Bearbeitungskontur Material gleichmäßig aus dem ursprünglichen Materialverbund entfernt wird. Die Tiefe des Materialabtrags ist dabei an jedem Punkt der eingestrahlten Bearbeitungskontur im Wesentlichen gleich. Insbesondere kann mittels des Laserstrahls ein Materialabtrag, beispielsweise durch Laserbohren, Laserfräsen, Laserpolieren, Laserschneiden, oder dergleichen, durchgeführt werden.In this context, removing layer by layer can mean that material is removed uniformly from the original material composite at the location of the introduced machining contour. The depth of the material removal is essentially the same at every point of the irradiated processing contour. In particular, the laser beam can be used to remove material, for example by laser drilling, laser milling, laser polishing, laser cutting, or the like.

Insbesondere kann ein schichtweiser Abtrag auch bedeuten, dass die Form des Abtrags geschlossen ist. Im Unterschied zum Materialabtrag durch Multispotoptiken, wo jeder Teillaserstrahl einen Materialabtrag räumlich beabstandet zu einem anderen Teillaserstrahl bewirkt, werden also keine Teillaserstrahlen ins Material eingebracht, sondern eine Bearbeitungskontur mit durchgängiger Fläche und/oder Kontur. Somit kann im Abtragsmuster im Material insbesondere nicht auf verschiedene Teillaserstrahlen geschlossen werden, da nur ein einziger Laserstrahl eingebracht wird.In particular, a layered removal can also mean that the shape of the removal is closed. In contrast to material removal using multi-spot optics, where each partial laser beam causes material removal at a spatial distance from another partial laser beam, no partial laser beams are introduced into the material, but rather a processing contour with a continuous surface and/or contour. Thus, in particular, different partial laser beams cannot be inferred from the ablation pattern in the material, since only a single laser beam is introduced.

Der Lichtmodulator kann ein räumlicher Lichtmodulator sein.The light modulator can be a spatial light modulator.

Unter einem räumlichen Lichtmodulator wird eine Vorrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um Licht, insbesondere einen einfallenden Laserstrahl, in zwei Dimensionen zu beeinflussen, wobei sie insbesondere eingerichtet ist, um eine Phasenverteilung, eine Polarisationsverteilung, eine Intensitäts- oder Amplitudenverteilung und/oder eine Propagationsrichtung des Lichts, insbesondere des Laserstrahls, zu beeinflussen.A spatial light modulator is a device that is set up to influence light, in particular an incident laser beam, in two dimensions, it being set up in particular to change a phase distribution, a polarization distribution, an intensity or amplitude distribution and/or a propagation direction of the light, in particular the laser beam.

Der räumliche Lichtmodulator kann dabei ansteuerbar und/oder programmierbar sein, sodass die Beeinflussung des Lichts durch den räumlichen Lichtmodulator einstellbar, insbesondere vorgebbar ist, wobei sie insbesondere gezielt und auf Anforderung geändert werden kann. Der Lichtmodulator kann dabei als Flüssigkristalldisplay ausgebildet sein, und ist bevorzugt als LCOS-SLM (Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator) ausgebildet.The spatial light modulator can be controllable and/or programmable, so that the influencing of the light by the spatial light modulator can be adjusted, in particular can be predetermined, and it can in particular be changed in a targeted manner and on request. The light modulator can be embodied as a liquid crystal display, and is preferably embodied as an LCOS-SLM (Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator).

Der einfallende Laserstrahl fällt auf den Anzeigebereich des räumlichen Lichtmodulators, wo beispielsweise durch Ansteuerung dessen Zellen oder Pixel dem Laserstrahl eine Phasenverteilung, Polarisationsverteilung, und/oder Intensitäts- oder Amplitudenverteilung in zwei Dimensionen aufgeprägt werden kann, und vorzugsweise zugleich Einfluss auf die Propagationsrichtung des Lichts nehmen kann. Insbesondere ergibt sich die Beeinflussung der Propagationsrichtung bevorzugt indirekt aus der Beeinflussung insbesondere der Phasenverteilung.The incident laser beam falls on the display area of the spatial light modulator, where, for example by controlling its cells or pixels, the laser beam can be given a phase distribution, polarization distribution, and/or intensity or amplitude distribution in two dimensions, and preferably at the same time influence the direction of propagation of the light can. In particular, the influencing of the propagation direction preferably results indirectly from the influencing of the phase distribution in particular.

Die Beeinflussung des Laserstrahls ergibt sich beispielsweise aus der doppelbrechenden Eigenschaft jedes Pixels. Unter Doppelbrechung wird hierbei die Eigenschaft verstanden, dass das Laserlicht in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung des Laserstrahls relativ zu einer optischen Achse des Flüssigkristallpixels eine Beeinflussung der Polarisation als auch der Phase erfährt.The influence of the laser beam results, for example, from the birefringent property of each pixel. In this context, birefringence is understood to mean the property that the laser light experiences an influence on the polarization and the phase, depending on the polarization direction of the laser beam relative to an optical axis of the liquid crystal pixel.

Jeder Pixel des Lichtmodulators ist dabei individuell ansteuerbar, so dass jeder Pixel individuell die Phase und die Polarisation des einfallenden Lichtbündels des Laserstrahls modifizieren kann. Über die „Helligkeit“ beziehungsweise Aussteuerung des Pixels lässt sich hierbei die Größe des Effekts steuern. Die Gesamtheit an Pixeln des räumlichen Lichtmodulators ergibt somit eine Strahlbeeinflussungsstruktur, mit der beispielsweise Phase, Amplitude, und/oder Polarisation des Laserstrahls individuell über den lateralen und longitudinalen Strahlquerschnitt beeinflusst werden können.Each pixel of the light modulator can be controlled individually, so that each pixel can individually modify the phase and the polarization of the incident light bundle of the laser beam. The size of the effect can be controlled via the “brightness” or modulation of the pixel. The totality of pixels of the spatial light modulator thus results in a beam influencing structure with which, for example, the phase, amplitude and/or polarization of the laser beam can be influenced individually via the lateral and longitudinal beam cross section.

Insbesondere ist es mit einem räumlichen Lichtmodulator möglich, gezielt eine der vorstehenden Verteilungen zu beeinflussen und die anderen Verteilungen im Wesentlichen unbeeinflusst zu lassen. So kann beispielsweise dem Laserstrahl in Reflexion eine besondere laterale Intensitätsverteilung aufgeprägt werden, und in einem weiteren Schritt die Phasenverteilung der lateralen Intensitätsverteilung angepasst werden.In particular, it is possible with a spatial light modulator to specifically influence one of the above distributions and leave the other distributions essentially unaffected. For example, a special lateral intensity distribution can be impressed on the laser beam in reflection, and in a further step the phase distribution can be adapted to the lateral intensity distribution.

Der Anzeigebereich in der Anzeigeebene des Lichtmodulators kann in eine Mehrzahl von Anzeigebereichen, insbesondere mindestens zwei Anzeigebereiche, geteilt werden. Dabei kann der erste Anzeigebereich derjenige Anzeigebereich sein, mit dem der Laserstrahl entlang seiner Propagationsrichtung zuerst in Wechselwirkung tritt, wobei der Laserstrahl darauffolgend mit dem zweiten Anzeigebereich in Wechselwirkung tritt. Somit kann der Laserstrahl zweifach oder mehrfach mit demselben räumlichen Lichtmodulator in Wechselwirkung treten.The display area in the display plane of the light modulator can be divided into a plurality of display areas, in particular at least two display areas. In this case, the first display area can be that display area be with which the laser beam first interacts along its direction of propagation, the laser beam subsequently interacting with the second display area. Thus, the laser beam can interact twice or more with the same spatial light modulator.

Eine Wechselwirkung des Laserlichts mit dem Anzeigebereich des räumlichen Lichtmodulators bedeutet, dass der Laserstahl auf den Anzeigebereich trifft, wobei sich seine Phasen-, Polarisations-, und/oder Intensitäts- oder Amplitudenverteilung gemäß der Strahlbeeinflussungsstruktur ändert und der Laserstrahl daraufhin oder währenddessen insbesondere vom Anzeigebereich reflektiert wird. Alternativ ist es auch möglich, dass der Laserstrahl durch den Anzeigebereich hindurchtritt oder durch den Anzeigebereich geleitet wird. In diesem Fall transmittiert der Anzeigebereich den Laserstrahl.Interaction of the laser light with the display area of the spatial light modulator means that the laser beam hits the display area, with its phase, polarization, and/or intensity or amplitude distribution changing according to the beam influencing structure and the laser beam then or during this time being reflected in particular by the display area will. Alternatively, it is also possible for the laser beam to pass through the display area or be guided through the display area. In this case, the display area transmits the laser beam.

Wenn der Laserstrahl mit dem räumlichen Lichtmodulator in Wechselwirkung getreten ist, beispielsweise erst mit dem ersten und dann mit dem zweiten Anzeigebereich in Wechselwirkung getreten ist, und dabei eine laterale Intensitäts- und Polarisations- oder Phasenverteilung aufgeprägt bekommen hat, dann lässt sich beispielsweise eine Strahlformung vornehmen, indem vorzugsweise hinter dem zweiten Anzeigebereich Strahlanteile des Laserstrahls mit bestimmter Polarisation herausgefiltert werden, insbesondere Strahlanteile mit bestimmter Polarisation zumindest teilweise oder vollständig aus dem Strahlpfad entfernt werden, oder nur Strahlanteile mit bestimmter Polarisation in dem Strahlpfad belassen werden. Insbesondere können Strahlanteile des Laserstrahls mit bestimmter Polarisation als Nutzstrahl ausgewählt werden. Mittels einer Polarisationsfilterung/Polarisationstrennung kann also die Amplitudenverteilung des Laserstrahls in der Zielebene direkt geformt werden. Damit können somit insbesondere Polarisationseffekte zur Verfahrensoptimierung hinsichtlich Effizienz und Qualität ausgenutzt werden.If the laser beam has interacted with the spatial light modulator, for example first with the first and then with the second display area has interacted, and has thereby been impressed with a lateral intensity and polarization or phase distribution, then beam shaping can be carried out, for example by preferably filtering out beam components of the laser beam with a specific polarization behind the second display area, in particular beam components with a specific polarization being at least partially or completely removed from the beam path, or only beam components with a specific polarization being left in the beam path. In particular, beam components of the laser beam with a specific polarization can be selected as the useful beam. The amplitude distribution of the laser beam in the target plane can thus be shaped directly by means of polarization filtering/polarization separation. In this way, polarization effects in particular can be used to optimize the process in terms of efficiency and quality.

Der zweite Anzeigebereich kann auch genutzt werden, um Aberrationen zu korrigieren. Auch der erste Anzeigebereich kann zusätzlich oder alternativ zur Korrektur von Aberrationen eingesetzt werden.The second display area can also be used to correct aberrations. The first display area can also be used additionally or alternatively to correct aberrations.

Der Laserstrahl kann bei der Wechselwirkung mit dem ersten Anzeigebereich eine erste laterale Amplitudenverteilung aufgeprägt bekommen, die beispielsweise sehr homogen ist. Danach kann die homogene Amplitudenverteilung von dem zweiten Anzeigebereich maskiert werden, so dass nur ein Teil der Amplitudenverteilung zum zu bearbeitenden Material gelenkt wird. Es kann auch sein, dass bei der Wechselwirkung mit dem zweiten Anzeigebereich die Phasenverteilung homogenisiert wird, sprich, dass eine homogene Wellenfront des Laserstrahls erzeugt wird.When interacting with the first display area, the laser beam can have a first lateral amplitude distribution applied, which is very homogeneous, for example. Thereafter, the homogeneous amplitude distribution can be masked by the second display area, so that only part of the amplitude distribution is directed to the material to be processed. It may also be the case that the phase distribution is homogenized during the interaction with the second display area, ie that a homogeneous wavefront of the laser beam is generated.

Der Laserstrahl kann durch Wechselwirkung mit einem der Anzeigebereiche auch eine Phasenverteilung aufgeprägt bekommen, die einem konvergierenden, also einem fokussierten, Laserstrahl entspricht.By interacting with one of the display areas, the laser beam can also be given a phase distribution that corresponds to a converging, that is to say a focused, laser beam.

Insgesamt kommt es hierbei nicht zwingend auf die Reihenfolge der Wechselwirkungen mit den Anzeigebereichen an, da jede Wechselwirkung mathematisch gesehene eine Multiplikation des einfallenden Laserlichts mit der entsprechenden Jones-Matrix des jeweiligen Pixels entspricht. Hierbei können bei einstellbaren oder ansteuerbaren räumlichen Lichtmodulatoren die Einträge, also Aussteuerungen der aufeinander multiplizierten Jones-Matrizen prinzipiell beliebig gewählt werden, solange das Endergebnis der insgesamt gewünschten Strahlbeeinflussungsstruktur entspricht. Prinzipiell ist es daher auch möglich durch Wechselwirkung mit mehreren Anzeigebereichen dem Gesamtsystem mehr Freiheitsgrade zur Optimierung der einzelnen Strahlbeeinflussungsstrukturen zuzuführen. Nichtsdestotrotz kann es für das Verfahren und den optischen Aufbau vorteilhaft sein, den Laserstrahl mit den einzelnen Strahlbeeinflussungsstrukturen in einer gewissen Reihenfolge wechselwirken zu lassen.Overall, the sequence of the interactions with the display areas is not necessarily important, since mathematically speaking, each interaction corresponds to a multiplication of the incident laser light by the corresponding Jones matrix of the respective pixel. In this case, in the case of adjustable or controllable spatial light modulators, the entries, ie modulations of the Jones matrices multiplied on one another, can in principle be chosen arbitrarily, as long as the end result corresponds to the overall desired beam influencing structure. In principle, it is therefore also possible to provide the overall system with more degrees of freedom for optimizing the individual beam influencing structures by interacting with a plurality of display areas. Nevertheless, it can be advantageous for the method and the optical structure to let the laser beam interact with the individual beam influencing structures in a certain order.

Indem der Strahl über die verschiedenen Wechselwirkungen mit den Anzeigebereichen Intensitäts- und Phasenverteilungen aufgeprägt bekommt, ist es möglich beliebige Bearbeitungskonturen zu erstellen. Maßgeschneiderte räumliche Intensitätsverteilungen für verschiedene Bearbeitungsprozesse erweisen sich dabei als besonders vorteilhaft.By imprinting intensity and phase distributions on the beam through the various interactions with the display areas, it is possible to create any processing contours. Tailored spatial intensity distributions for different machining processes have proven to be particularly advantageous.

Insbesondere ist es auch möglich schnell zwischen verschiedenen Bearbeitungskonturen zu wechseln, da lediglich ein entsprechender Ansteuerungsbefehl an den oder die räumlichen Lichtmodulatoren notwendig ist.In particular, it is also possible to switch quickly between different processing contours, since only a corresponding control command to the spatial light modulator(s) is required.

Bevorzugt wird die Bearbeitungskontur durch eine von einem ersten Anzeigenbereich des Lichtmodulators hervorgerufene erste Strahlbeeinflussungsstruktur und eine danach durchlaufene von einem zweiten Anzeigenbereich des Lichtmodulators hervorgerufene zweite Strahlbeeinflussungsstruktur hervorgerufen, wobei der erste Anzeigebereich und der zweite Anzeigenbereich den Laserstrahl bevorzugt in Form einer lateralen Intensitäts- und/oder Phasen- und/oder Polarisationsverteilung beeinflussen.The processing contour is preferably caused by a first beam influencing structure caused by a first display area of the light modulator and a second beam influencing structure caused by a second display area of the light modulator, the first display area and the second display area preferably emitting the laser beam in the form of a lateral intensity and/or Affect phase and / or polarization distribution.

Die Anzeigebereiche können beispielsweise eine Strahlbeeinflussungsstruktur anzeigen, die derart geformt ist, dass der mit dem Anzeigebereich in Wechselwirkung tretende Laserstrahl die gewünschten Strahleigenschaften aufgeprägt bekommt. Dies kann beispielsweise auch mit computergestützten, rückgekoppelten Anzeigebereichen realisiert werden, die stetig oder einmalig die Strahlbeeinflussungsstruktur so anpassen, dass das Bild des Laserstrahls in der Bearbeitungsebene der gewünschten Strahlform entspricht.The display areas can display, for example, a beam influencing structure that the is shaped in such a way that the laser beam interacting with the display area is given the desired beam properties. This can also be realized, for example, with computer-aided, feedback display areas that adapt the beam influencing structure continuously or once so that the image of the laser beam in the processing plane corresponds to the desired beam shape.

Insbesondere können die Strahlbeeinflussungsstrukturen unterschiedlich sein. Beispielsweise kann in einem ersten Anzeigebereich eine Strahlbeeinflussungsstruktur dem Laserstrahl eine Amplitudenverteilung aufprägen, beispielsweise eine runde Form. Durch die Wechselwirkung mit dem ersten Anzeigebereich wird dabei beispielsweise die Phasenverteilung verändert, so dass über eine zweite Strahlbeeinflussungsstruktur in einem zweiten Anzeigebereich eine Homogenisierung der Phase im Strahlquerschnitt vorgenommen werden kann.In particular, the beam influencing structures can be different. For example, in a first display area, a beam influencing structure can impress the laser beam with an amplitude distribution, for example a round shape. The interaction with the first display area changes the phase distribution, for example, so that the phase in the beam cross section can be homogenized via a second beam influencing structure in a second display area.

Dies hat den Vorteil, dass bei jeder Wechselwirkung eine spezifische Eigenschaft des Laserstrahls optimiert werden kann, so dass wechselseitige Abhängigkeiten der Lasereigenschaften reduziert oder gegebenenfalls isoliert werden.This has the advantage that a specific property of the laser beam can be optimized for each interaction, so that mutual dependencies of the laser properties are reduced or possibly isolated.

Der Laserstrahl kann vor der Abbildung auf das Material auf einen weiteren Lichtmodulator gelenkt werden, um die Polarisation der Bearbeitungskontur lokal zu beeinflussen.Before imaging the material, the laser beam can be directed onto another light modulator in order to locally influence the polarization of the processing contour.

Nachdem der Laserstrahl eine definierte Amplituden- und Phasenverteilung aufgeprägt bekommen hat, kann dem Laserstrahl auch eine lokale Polarisationsverteilung aufgeprägt werden. Vorteilhafterweise wird diese Polarisationsverteilung durch Wechselwirkung mit einem weiteren Lichtmodulator vorgenommen.After the laser beam has been given a defined amplitude and phase distribution, the laser beam can also be given a local polarization distribution. This polarization distribution is advantageously carried out by interaction with a further light modulator.

Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Qualität der Bearbeitung somit über die Polarisation variiert werden kann.This has the particular advantage that the quality of the processing can thus be varied via the polarization.

Die Bearbeitungskontur kann offen oder geschlossen sein, wobei eine geschlossene Bearbeitungskontur bevorzugt kreisförmig oder rechteckig oder quadratisch ist.The machining contour can be open or closed, with a closed machining contour preferably being circular, rectangular or square.

Eine Bearbeitungskontur ist offen, wenn sie einen Start- und Endpunkt aufweist. Beispielsweise sind eine gerade Linie, eine geschwungene Linie, wie eine U-förmige Linie, oder eine eckige Linie, also eine aus geraden Linien unter verschiedenen Winkeln zusammengesetzte Linie, eine offene Bearbeitungskontur.A machining contour is open if it has a start and end point. For example, a straight line, a curved line, such as a U-shaped line, or an angular line, i.e. a line composed of straight lines at different angles, are an open machining contour.

Die Bearbeitungskontur ist geschlossen, wenn sie zumindest abschnittsweise keinen Start- und Endpunkt aufweist. Beispielsweise sind O-förmige Linien, achtförmige Linien, dreieckige oder n-eckige Linienanordnungen geschlossene Bearbeitungskonturen. Auch 4-förmige oder 6-Linien sind zumindest teilweise geschlossene Bearbeitungskonturen, wobei sich in diesem Falle die Bearbeitungskonturen aus geschlossenen und offenen Bearbeitungskonturen zusammengesetzt sind.The processing contour is closed if it has no start and end point at least in sections. For example, O-shaped lines, eight-shaped lines, triangular or n-sided line arrangements are closed machining contours. 4-shaped or 6-lines are also at least partially closed machining contours, in which case the machining contours are composed of closed and open machining contours.

Eine runde Bearbeitungskontur kann bedeuten, dass die Kontur der Geometrie vollständig rund ist, also an jedem Punkt der Kontur eine Krümmung aufweist. Insbesondere kann dies bedeuten, dass die Kontur der Bearbeitungskontur ein Kreis ist. Es kann aber auch bedeuten, dass die Geometrie eine Ellipse ist. Insbesondere kann dies bedeuten, dass die Geometrie abschnittsweise gerade ist, also über einen Teil der Konturlänge endliche Strecke keine Krümmung aufweist, wie beispielsweise ein Halbkreis oder Halbmond.A round processing contour can mean that the contour of the geometry is completely round, i.e. it has a curvature at every point of the contour. In particular, this can mean that the contour of the machining contour is a circle. But it can also mean that the geometry is an ellipse. In particular, this can mean that the geometry is straight in sections, that is to say has no curvature over part of the contour length of finite distance, such as a semicircle or crescent.

Eine rechteckige Bearbeitungskontur bedeutet, dass sich benachbarte Seiten der Kontur immer im rechten Winkel treffen, wobei zwei gegenüberliegende Seiten gleich lang sind. Eine quadratische Bearbeitungskontur ist eine rechteckige Bearbeitungskontur, bei der alle Seiten gleich groß sind.A rectangular machining contour means that adjacent sides of the contour always meet at right angles, with two opposite sides being equal in length. A square machining contour is a rectangular machining contour where all sides are the same size.

Die rechteckige Kontur kann aber auch bedeuten, dass die Ecken des Rechtecks abgerundet sind. Insbesondere gilt für das Rechteck, dass die Kurvenradien der abgerundeten Ecken kleiner sind als die kleinste Seite des Rechtecks.However, the rectangular contour can also mean that the corners of the rectangle are rounded. In particular, for the rectangle, the radii of curvature of the rounded corners are smaller than the smallest side of the rectangle.

Runde Bearbeitungskonturen können über Scanner und Achssysteme nur schwer in das Material eingebracht werden, sodass ein Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens auch darin liegt, runde Geometrien besonders einfach aus dem Material zu trennen. Rechteckige Konturen können über Scanner und Achssysteme deutlich einfacher in das Material eingebracht werden, jedoch sind an den Ecken immer Umpositionierungs- und Ausrichtungsschritte notwendig, um die Seiten des Rechtecks im rechten Winkel aufeinander zu führen. Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt also auch darin, rechteckige Bearbeitungskonturen besonders einfach aus dem Material zu trennen.Round processing contours can only be introduced into the material with difficulty using scanners and axis systems, so that one advantage of the proposed method is that round geometries can be separated from the material particularly easily. Rectangular contours can be introduced into the material much more easily using scanners and axis systems, but repositioning and alignment steps are always necessary at the corners in order to bring the sides of the rectangle together at right angles. The advantage of the proposed method also lies in the fact that it is particularly easy to separate rectangular machining contours from the material.

Eine auszuschneidende Form kann in dem Material vollständig durch die Bearbeitungskontur abgebildet werden und das Ausschneiden der auszuschneidenden Form in dem Material kann mit stationär gehaltenem Laserstrahl durchgeführt werden.A shape to be cut out can be completely imaged in the material by the machining contour, and the cutting out of the shape to be cut out in the material can be performed with the laser beam kept stationary.

Insbesondere ist es dadurch möglich, dass die Bearbeitungskontur als Ganzes in das Material eingebracht wird und somit keine Bewegung des Lasers oder des Materials notwendig ist. Dadurch wird vermieden, dass der Laserstrahl, wie beim Schneiden mittels Multispotoptiken üblich, über den Rand des Materials hinaus verfahren werden muss, wo durch eine Beschädigung des Werkstückhalters vermieden werden kann.In particular, it is possible that the processing contour is introduced into the material as a whole and thus no movement of the laser or the material is necessary. This avoids the laser beam having to be moved beyond the edge of the material, as is usual when cutting with multi-spot optics, which can prevent damage to the workpiece holder.

Insbesondere erlaubt das Verfahren, dass die tatsächliche Bearbeitungskontur auf das Material abgebildet wird, so dass das Werkstück beim Verfahren auch nicht mehr gedreht werden muss, wenn die gewünschte Bearbeitungskontur nicht linear verläuft.In particular, the method allows the actual machining contour to be mapped onto the material, so that the workpiece no longer has to be rotated during the method if the desired machining contour is not linear.

Zudem wird das Material entlang der Kontur nicht punktweise abgetragen wie es bei gepulsten Multistrahloptiken der Fall ist. Dadurch wird eine höhere Qualität der Schneidekante erreicht.In addition, the material is not removed point by point along the contour, as is the case with pulsed multi-beam optics. This achieves a higher quality of the cutting edge.

Der Laserstrahl kann von einem Ultrakurzpulslaser zur Verfügung gestellt werden, wobei die Pulsdauer zwischen 300fs und 10ps, insbesondere bei 1ps, liegt, und/oder die maximale Fluenz zwischen 0,3 J/cm² und 30 J/cm², insbesondere zwischen 1 J/cm² und 5 J/cm², liegt, und/oder der Fokusdurchmesser, und somit das kleinste einbringbare Detail, der Bearbeitungskontur zwischen 5µm und 50µm, insbesondere 9µm, groß ist.The laser beam can be provided by an ultra-short pulse laser, with the pulse duration being between 300 fs and 10 ps, in particular 1 ps, and/or the maximum fluence being between 0.3 J/cm ² and 30 J/cm ² , in particular between 1 J /cm ² and 5 J/cm ² , and/or the focus diameter, and thus the smallest detail that can be introduced, of the processing contour is between 5 μm and 50 μm, in particular 9 μm.

Ein Ultrakurzpulslaser ermöglicht das Einbringen von Laserenergie in das Material in sehr kurzen Zeitskalen. Die Zeitskala, in der die Laserenergie in das Material eingebracht wird, ist die sogenannte Pulsdauer des ultrakurzen Laserpulses. Die Pulsdauer kann zwischen 300 fs und 10 ps betragen insbesondere kann die Pulsdauer 1 ps betragen. Auch können Pulszüge, insbesondere sogenannte Bursts, auch Gigahertz-Bursts, erzeugt werden.An ultrashort pulsed laser enables the introduction of laser energy into the material on very short time scales. The time scale in which the laser energy is introduced into the material is the so-called pulse duration of the ultra-short laser pulse. The pulse duration can be between 300 fs and 10 ps. In particular, the pulse duration can be 1 ps. Pulse trains, in particular so-called bursts, including gigahertz bursts, can also be generated.

Die Fluenz eines Laserpulses ergibt sich aus der Intensitätsverteilung des Strahls, also beispielsweise dem räumlichen Strahlprofil, sowie aus der Pulsdauer und beschreibt die in das Material pro Quadratzentimeter eingebrachte Laserenergie. Die maximale Fluenz kann hierbei zwischen 0,3 J/cm² und 30 J/cm², bevorzugt zwischen 1 J/cm² und 5 J/cm² liegen.The fluence of a laser pulse results from the intensity distribution of the beam, i.e. the spatial beam profile, for example, as well as from the pulse duration and describes the laser energy introduced into the material per square centimeter. The maximum fluence here can be between 0.3 J/cm ² and 30 J/cm ² , preferably between 1 J/cm ² and 5 J/cm ² .

Der Laserstrahl wird üblicherweise mit einer Optik, beispielsweise einer Linse gebündelt, sodass die Intensität beziehungsweise die Fluenz des Laserstrahls im Fokus, also dem Bereich der Durchmesser des Laserstrahls am kleinsten wird, besonders groß wird. Der Durchmesser des Strahls im Fokus ist der sogenannte Fokusdurchmesser, welcher das kleinste einbringbare Detail der Bearbeitungskontur definiert. Somit begrenzt der Fokusdurchmesser die räumliche Auflösung der Bearbeitungskontur.The laser beam is usually bundled with an optic, for example a lens, so that the intensity or the fluence of the laser beam in the focus, ie the area with the smallest diameter of the laser beam, is particularly large. The diameter of the beam in the focus is the so-called focus diameter, which defines the smallest detail that can be introduced into the processing contour. The focus diameter thus limits the spatial resolution of the processing contour.

Beispielsweise kann ein Laserstrahl mit einem Fokusdurchmesser von 40 µm keine runde Bearbeitungskontur mit einem Durchmesser von 3 µm in das Material einbringen.For example, a laser beam with a focus diameter of 40 µm cannot introduce a round processing contour with a diameter of 3 µm into the material.

Die Wellenlänge des Laserstrahls kann insbesondere zwischen 300 nm und 1600 nm, vorzugsweise zwischen 450 nm und 1600 nm, liegen, insbesondere kommen 515 nm oder 1030 nm infrage. Die Wellenlänge kann aber auch unterhalb oder oberhalb des hier genannten Bereichs liegen.The wavelength of the laser beam can be in particular between 300 nm and 1600 nm, preferably between 450 nm and 1600 nm, in particular 515 nm or 1030 nm are possible. However, the wavelength can also be below or above the range mentioned here.

Die Bearbeitungskontur kann zwischen 0,5×0,5 mm² bis 20x20 mm² groß sein.The processing contour can be between 0.5×0.5 mm ² and 20×20 mm ² in size.

Eine Größe von 0,5×0,5 mm² bis 20x20 mm² kann bedeuten, dass die kleinste Kantenlänge eines Rechtecks 0,5 mm groß ist, beziehungsweise die größte Kantenlänge eines Rechtecks 20 mm groß ist. Insbesondere kann dies bedeuten, dass die kleinste Bearbeitungskontur ein Quadrat mit einer Kantenlänge von 0,5 mm ist beziehungsweise die größte Bearbeitungskontur ein Quadrat mit einer Kantenlänge von 20 mm ist.A size of 0.5×0.5 mm ² to 20×20 mm ² can mean that the smallest edge length of a rectangle is 0.5 mm, or the largest edge length of a rectangle is 20 mm. In particular, this can mean that the smallest processing contour is a square with an edge length of 0.5 mm or the largest processing contour is a square with an edge length of 20 mm.

Es kann aber auch bedeuten, dass der Durchmesser eines Kreises zwischen 0,5 mm und 20 mm groß ist, beziehungsweise dass bei einer elliptischen Bearbeitungskontur die langen und kurzen Achsen der Ellipse zwischen 0,5 und 20 mm groß sind.However, it can also mean that the diameter of a circle is between 0.5 mm and 20 mm, or that in the case of an elliptical machining contour the long and short axes of the ellipse are between 0.5 and 20 mm.

Beispielsweise kann eine Rechteck 5×15 mm² groß sein. Beispielweise kann eine Ellipse eine lange Achse von 17 mm und eine kleine Achse von 1 mm aufweisen.For example, a rectangle can be 5×15 mm ² . For example, an ellipse may have a major axis of 17mm and a minor axis of 1mm.

Der Laserstrahl kann mehrfach, insbesondere doppelt, mit demselben räumlichen Lichtmodulator in Wechselwirkung treten, wobei der räumliche Lichtmodulator dann gleichzeitig den ersten und den zweiten Anzeigenbereich anzeigt.The laser beam can interact multiple times, in particular twice, with the same spatial light modulator, the spatial light modulator then displaying the first and second display areas simultaneously.

Dies kann bedeuten, dass der Laserstrahl, nachdem er mit einem Anzeigebereich des räumlichen Lichtmodulators in Wechselwirkung getreten ist, abermals zu demselben räumlichen Lichtmodulator gelenkt wird und dabei mit einem Anzeigebereich räumlichen Lichtmodulators in Wechselwirkung tritt.This may mean that the laser beam, after interacting with a display area of the spatial light modulator, is again directed to the same spatial light modulator, thereby interacting with a display area of the spatial light modulator.

Der Anzeigebereich kann hierbei insbesondere ein anderer Anzeigebereich desselben räumlichen Lichtmodulators sein.In this case, the display area can in particular be another display area of the same spatial light modulator.

Dies hat den Vorteil, dass ein einzelner räumlicher Lichtmodulator den Laserstrahl zweimal in unterschiedlicher Art und Weise beeinflussen kann. Beispielsweise kann dem Laserstrahl bei der ersten Wechselwirkung eine Intensitätsverteilung aufgeprägt werden. Beispielsweise kann dem Laserstrahl bei der zweiten Wechselwirkung eine Phasenverteilung und/oder Polarisationsverteilung aufgeprägt werden. Eine mehrfache Wechselwirkung erhöht also die Freiheitsgrade hinsichtlich der justierbaren Verteilungsparameter. Zudem ist es deutlich kostengünstiger, lediglich einen räumlichen Lichtmodulator in der Vorrichtung zu verbauen.This has the advantage that a single spatial light modulator can affect the laser beam twice in different ways. For example, an intensity distribution can be imposed on the laser beam during the first interaction. For example, a phase distribution and/or polarization distribution can be impressed on the laser beam during the second interaction will. A multiple interaction thus increases the degrees of freedom with regard to the adjustable distribution parameters. In addition, it is significantly more cost-effective to install only one spatial light modulator in the device.

Die Phase, Polarisation und die Bearbeitungskontur des Laserstrahls können durch eine Kombination von mindestens zwei Wellenplatten, insbesondere von einem λ/4-Ptättchen und einem λ/2-Ptättchen, eingestellt werden.The phase, polarization and the processing contour of the laser beam can be adjusted by a combination of at least two wave plates, in particular a λ/4 plate and a λ/2 plate.

Ein Wellenplättchen ist eine sogenannte Verzögerungsplatte, welches abhängig vom verwendeten Material, Dicke und Ausrichtung der optischen Achse dem durchfallenden Licht abhängig von dessen Polarisationsrichtung eine gewisse Phasenverzögerung aufprägt.A wave plate is a so-called retardation plate which, depending on the material used, thickness and alignment of the optical axis, imparts a certain phase delay to the light passing through, depending on its polarization direction.

Bei einer λ/2-Ptatte, einer speziellen Ausbildungsform der Wellenplatte, ist es möglich, die gesamte Polarisation des Strahls, also in jedem Punkt der Bearbeitungskontur, einheitlich zu drehen. Beispielsweise kann die Polarisation einer abschnittsweisen s-polarisierten Bearbeitungskontur in einen abschnittsweise p-polarisierte Bearbeitungskontur überführt werden, während die abschnittsweise p-Polarisation derselben Bearbeitungskontur einen abschnittsweise s-polarisierte Bearbeitungskontur überführt. Somit ist es insbesondere möglich, die Polarisation so zu drehen, dass ein nachfolgender Polarisator die unerwünschten Strahlteile herausfiltert.With a λ/2 plate, a special form of wave plate, it is possible to uniformly rotate the entire polarization of the beam, ie at every point of the processing contour. For example, the polarization of an s-polarized processing contour in sections can be converted into a processing contour that is p-polarized in sections, while the p-polarization in sections of the same processing contour converts a processing contour that is s-polarized in sections. It is thus possible, in particular, to rotate the polarization in such a way that a subsequent polarizer filters out the unwanted beam parts.

Bei einer λ/4-Ptatte, ebenfalls einer speziellen Ausbildungsform der Wellenplatte, ist es möglich, eine lineare Polarisation abhängig von ihrer Ausrichtung zur optischen Achse der λ/4-Platte in eine zirkulare Polarisation zu überführen. Gleichzeitig kann ein zirkular polarisierter Strahlteil in eine lineare Polarisation überführt werden. Somit ist es insbesondere möglich, die Polarisation der erwünschten Strahlteile so einzustellen, dass die einen nachfolgenden Polarisator passieren und die unerwünschten Strahlteile herausgefiltert werden.With a λ/4 plate, also a special form of waveplate, it is possible to convert a linear polarization into a circular polarization depending on its orientation to the optical axis of the λ/4 plate. At the same time, a circularly polarized beam part can be converted into a linear polarization. It is thus possible, in particular, to set the polarization of the desired beam parts in such a way that they pass through a subsequent polarizer and the unwanted beam parts are filtered out.

Durch die gezielte Positionierung und Einstellung von λ/2-Ptatte und λ/4-Ptatte kann so die Phase und Polarisation entlang der Bearbeitungskontur eingestellt werden. Somit können beispielsweise in der Bearbeitungsebene gezielt Konturen zur Bearbeitung eingestellt werden. Beispielsweise können so rechteckige Konturen für Chips direkt aus Siliziumwafern ausgeschnitten werden, wobei die Größenordnung der Strahlform auf dem Werkstück der gewünschten Chipgeometrie entspricht.The phase and polarization along the processing contour can be adjusted by the targeted positioning and adjustment of the λ/2 plate and λ/4 plate. Thus, for example, specific contours can be set for processing in the processing plane. For example, rectangular contours for chips can be cut directly from silicon wafers in this way, with the magnitude of the beam shape on the workpiece corresponding to the desired chip geometry.

Die dem Laserstrahl aufgeprägte Bearbeitungskontur kann beim Durchgang durch einen Polarisator, insbesondere einen Dünnschichtpolarisator, geschärft werden.The processing contour impressed on the laser beam can be sharpened when it passes through a polarizer, in particular a thin-film polarizer.

Bei der Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Anzeigebereich des räumlichen Lichtmodulators kann es schwer sein, den genauen Polarisationszustand des Lichts im Bearbeitungsbereich festzulegen, wenn bereits die genaue Intensitäts- und Phasenverteilung vorgegeben ist. Eine gleichzeitige Einstellung der Polarisation kann daher unter Umständen nur annäherungsweise erreicht werden.When the laser beam interacts with the display area of the spatial light modulator, it can be difficult to determine the precise polarization state of the light in the processing area if the exact intensity and phase distribution are already specified. A simultaneous adjustment of the polarization can therefore under certain circumstances only be approximately achieved.

Mit einem Polarisator ist es daher möglich, lediglich Polarisationsanteile einer bestimmten Polarisationsrichtung zu transmittieren, so dass die unerwünschten Strahlteile aus dem Laserstrahl herausgefiltert werden können.It is therefore possible with a polarizer to only transmit polarization components of a specific polarization direction, so that the undesired beam components can be filtered out of the laser beam.

Durch die Filterung einer bestimmten Polarisation ergibt sich so in der Bearbeitungsebene eine scharfe Bearbeitungskontur, da die unerwünschten Strahlteile herausgefiltert wurden. Gewissermaßen erhöht die spätere Filterung der Polarisation im Strahlengang die Anzahl an Einstellungsfreiheitsgraden in den Anzeigebereichen, da bei der Erzeugung von Phasen- und Intensitätsverteilung weniger Rücksicht auf die genaue Polarisationsverteilung genommen werden muss.The filtering of a specific polarization results in a sharp processing contour in the processing plane, since the unwanted parts of the beam have been filtered out. To a certain extent, the subsequent filtering of the polarization in the beam path increases the number of adjustment degrees of freedom in the display areas, since less consideration needs to be given to the precise polarization distribution when generating the phase and intensity distribution.

Da die Filterung unerwünschter Polarisationsteile auch die Intensitätsverteilung im Strahlengang beeinflusst, kann es sinnvoll sein, die Strahleigenschaften mit einer Rückkopplungsvorrichtung zu überprüfen und die Einstellungen der Anzeigebereiche entsprechend anzupassen.Since the filtering of undesired polarization parts also influences the intensity distribution in the beam path, it can make sense to check the beam properties with a feedback device and adjust the settings of the display areas accordingly.

Vor dem Abbilden des Laserstrahls mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur kann die Polarisation des Laserstrahls durch Wechselwirkung mit einem weiteren Lichtmodulator lokal eingestellt werden.Before the laser beam is imaged with the impressed processing contour, the polarization of the laser beam can be adjusted locally by interaction with a further light modulator.

Der Laserstrahl kann hinter dem zweiten Anzeigebereich mit einem dritten Anzeigebereich eines ansteuerbaren räumlichen Lichtmodulators beispielsweise demselben oder einem weiteren räumlichen Lichtmodulator in Wechselwirkung gebracht werden. Dabei wird durch Ansteuerung des Lichtmodulators in dem dritten Anzeigebereich eine dritte Strahlbeeinflussungsstruktur erzeugt. Diese dritte Strahlbeeinflussungsstruktur ist bevorzugt von der ersten Strahlbeeinflussungsstruktur und von der zweiten Strahlbeeinflussungsstruktur verschieden.The laser beam can be made to interact behind the second display area with a third display area of an addressable spatial light modulator, for example the same or another spatial light modulator. In this case, a third beam influencing structure is produced by driving the light modulator in the third display area. This third beam influencing structure is preferably different from the first beam influencing structure and from the second beam influencing structure.

Sowohl in dem ersten Anzeigebereich als auch in dem zweiten Anzeigebereich wird jeweils als Strahlbeeinflussungsstruktur eine Phasenbeeinflussungsstruktur erzeugt. Vorzugsweise wird durch die erste Phasenbeeinflussungsstruktur in dem ersten Anzeigebereich eine erste Amplitudenverteilung des Laserstrahls nach einer ersten Propagationsstrecke beeinflusst und durch die zweite Phasenbeeinflussungsstruktur in dem zweiten Anzeigebereich eine Phasenverteilung in einer Querschnittsebene des Laserstrahls homogenisiert und/oder eine zweite Amplitudenverteilung nach einer zweiten Propagationsstrecke beeinflusst.A phase influencing structure is produced both in the first display area and in the second display area as the beam influencing structure. Preferably, the first phase influencing structure in the ers th display area influences a first amplitude distribution of the laser beam after a first propagation path and homogenizes a phase distribution in a cross-sectional plane of the laser beam through the second phase influencing structure in the second display area and/or influences a second amplitude distribution after a second propagation path.

In dem dritten Anzeigebereich wird als dritte Strahlbeeinflussungsstruktur eine Polarisationsbeeinflussungsstruktur erzeugt, durch welche die Polarisation des Laserstrahls lokal beeinflusst wird.In the third display area, a polarization influencing structure is produced as the third beam influencing structure, by means of which the polarization of the laser beam is locally influenced.

Das Hinzufügen einer weiteren Strahlbeeinflussungsstruktur ermöglicht es, die Polarisationsverteilung des Laserstrahls entlang der Bearbeitungskontur gezielt und im Wesentlichen getrennt von der Intensitäts- und Phasenverteilung zu beeinflussen. Gewissermaßen wird durch einen weiteren räumlichen Lichtmodulator dem Verfahren ein weiterer Freiheitsgrad hinzugefügt, so dass insgesamt Intensitäts- Phasen- und Polarisationsverteilung optimal eingestellt werden können.The addition of a further beam influencing structure makes it possible to influence the polarization distribution of the laser beam along the processing contour in a targeted manner and essentially separately from the intensity and phase distribution. To a certain extent, a further spatial light modulator adds a further degree of freedom to the method, so that overall the intensity, phase and polarization distribution can be set optimally.

Hinter dem dritten Anzeigebereich können des Weiteren Strahlanteile des Laserstrahls mit bestimmter Polarisation gefiltert werden, was erneut zu einem Schärfen der Kontur beitragen kann. Hierzu wird bevorzugt die Polarisation mittels der Polarisationsbeeinflussungsstruktur lokal, insbesondere pixelweise, so gedreht, dass es zu maximaler Transmission sowie maximaler Reflexion der entsprechenden Strahlanteile an dem Dünnschichtpolarisator kommt.Furthermore, beam components of the laser beam with specific polarization can be filtered behind the third display area, which can again contribute to a sharpening of the contour. For this purpose, the polarization is preferably rotated locally, in particular pixel by pixel, by means of the polarization influencing structure such that there is maximum transmission and maximum reflection of the corresponding beam components at the thin-film polarizer.

Insbesondere können die ersten beiden Anzeigebereiche genutzt werden, um eine gewünschte, möglichst scharfe, Intensitätsverteilung zu erzeugen, beispielsweise einen Flat-Top-Laserstrahl. Der dritte Anzeigebereich kann insbesondere in Zusammenhang mit der Polarisationstrennung genutzt werden kann, um die endgültige Form des Laserstrahls zu definieren.In particular, the first two display areas can be used to generate a desired intensity distribution that is as sharp as possible, for example a flat-top laser beam. The third display area can be used in particular in connection with the polarization separation in order to define the final shape of the laser beam.

Insgesamt können mithilfe des Verfahrens aufgrund des hochflexiblen Strahlformungsprozesses Laserstrahlen mit sehr hoher Qualität in der Intensitätsverteilung, insbesondere bezüglich Außenkontur und Homogenität, erzeugt werden.Overall, the method can be used to generate laser beams with very high quality in terms of intensity distribution, particularly with regard to the outer contour and homogeneity, due to the highly flexible beam shaping process.

Beispielsweise ist es so möglich, dass ein Teil der Bearbeitungskontur p-polarisiert ist, während ein anderer Teil s-polarisiert ist. Es ist auch möglich, dass ein s-polarisierter Teil in einen p-polarisierten Teil übergeht, wobei die Größe des Übergangsbereichs durch die Polarisationsbeeinflussungsstruktur gegeben ist.For example, it is possible that part of the machining contour is p-polarized while another part is s-polarized. It is also possible for an s-polarized part to transition into a p-polarized part, with the size of the transition region being given by the polarization influencing structure.

Die Polarisation des Laserstrahls mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur kann lokal immer senkrecht zur Bearbeitungskontur stehen.The polarization of the laser beam with the imprinted machining contour can always be locally perpendicular to the machining contour.

Der Einsatz eines weiteren räumlichen Lichtmodulators erlaubt zusätzlich eine lokale Einstellung der Polarisation der Laserstrahlung über eine weitere Polarisationsbeeinflussungsstruktur. Somit kann die Polarisation lokal an die Kontur angepasst werden und die Prozesseffizienz beziehungsweise die Qualität des Prozesses gesteigert werden.The use of a further spatial light modulator also allows local adjustment of the polarization of the laser radiation via a further polarization influencing structure. The polarization can thus be adapted locally to the contour and the process efficiency or the quality of the process can be increased.

Lokal senkrecht bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Polarisationsrichtung in jedem Ort der Bearbeitungskontur immer senkrecht zur Bearbeitungskontur steht. Bei einem Rechteck kann so die Polarisation beispielsweise bei gegenüberliegenden Seiten parallel zueinander sein, während die Polarisation benachbarter Seiten senkrecht zueinander steht. Insbesondere kann bei einer kreisförmigen Bearbeitungskontur die Polarisation stets radial verlaufen, so dass die Polarisationsrichtung immer zum Kreismittelpunkt zeigt.In this context, locally perpendicular means that the direction of polarization is always perpendicular to the machining contour at every location of the machining contour. In the case of a rectangle, for example, the polarization on opposite sides can be parallel to one another, while the polarization on adjacent sides is perpendicular to one another. In particular, in the case of a circular processing contour, the polarization can always run radially, so that the direction of polarization always points to the center of the circle.

Durch die lokal senkrechte Polarisation kann insbesondere sichergestellt werden, dass die Kanten des abgetrennten Materials immer mit derselben Polarisationsrichtung bearbeitet wurden, wodurch beispielsweise die Qualität der Schnittkanten steigt.The locally perpendicular polarization can in particular ensure that the edges of the separated material have always been processed with the same direction of polarization, which increases the quality of the cut edges, for example.

Der oder die Lichtmodulatoren können aus einer Gruppe von Lichtmodulatoren, bestehend aus räumlichen Lichtmodulatoren, Nanogittern, Hybridelementen, leistungstauglichen Blenden und diffraktiven optischen Elementen, gewählt wird oder werden.The light modulator or light modulators can be selected from a group of light modulators consisting of spatial light modulators, nanogrids, hybrid elements, efficient apertures and diffractive optical elements.

Dies hat den Vorteil, dass für fixe Bearbeitungskonturen und feststehende Prozesse die räumlichen Lichtmodulatoren durch kostengünstigere Alternativen ersetzt werden können.This has the advantage that the spatial light modulators can be replaced by more cost-effective alternatives for fixed processing contours and fixed processes.

Figurenlistecharacter list

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines optischen Aufbaus zur Durchführung des Verfahrens;
2 eine weitere schematische Darstellung eines optischen Aufbaus zur Durchführung des Verfahrens mit einem räumlichen Lichtmodulator;
3 eine weitere schematische Darstellung eines optischen Aufbaus zur Durchführung des Verfahrens mit zwei räumlichen Lichtmodulatoren;
4 verschiedene Bearbeitungskonturen;
5 A, B ein Vergleich des vorgeschlagenen Verfahrens mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik;
6 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungskontur auf der lateralen Ausdehnung der Bearbeitungskontur lokal senkrechter Polarisation des Bearbeitungsstrahls; und
7 eine schematische Darstellung einer weiteren Bearbeitungskontur und Bearbeitungsprozesses.

Preferred further embodiments of the invention are explained in more detail by the following description of the figures. show:

1 a schematic representation of an optical structure for carrying out the method;
2 a further schematic representation of an optical structure for carrying out the method with a spatial light modulator;
3 a further schematic representation of an optical structure for carrying out the method with two spatial light modulators;
4 various machining contours;
5A,B a comparison of the proposed method with a prior art method;
6 a schematic representation of a processing contour on the lateral extent of the processing contour of locally perpendicular polarization of the processing beam; and
7 a schematic representation of a further machining contour and machining process.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. Elements that are the same, similar or have the same effect are provided with identical reference symbols in the different figures, and a repeated description of these elements is sometimes dispensed with in order to avoid redundancies.

Wegen der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten eines räumlichen Lichtmodulators, insbesondere bezüglich der einstellbaren Amplituden-, Phasen- und Polarisationsverteilungen, wird im Folgenden das Verfahren nur anhand des räumlichen Lichtmodulators besprochen. Alternativ können jedoch anstelle des räumlichen Lichtmodulators auch andere Lichtmodulatoren eingesetzt werden, sofern sie den Laserstrahl in gleicher Weise beeinflussen.Because of the diverse possible applications of a spatial light modulator, in particular with regard to the adjustable amplitude, phase and polarization distributions, the method is discussed below only on the basis of the spatial light modulator. Alternatively, however, other light modulators can also be used instead of the spatial light modulator, provided they influence the laser beam in the same way.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 100 zum Formen eines eintreffenden Laserstrahls 200, die einen ansteuerbaren räumlichen Lichtmodulator 110 aufweist. Der räumliche Lichtmodulator 110 kann als Flüssigkristalldisplay ausgebildet sein, welches frei wählbare, insbesondere programmierbare oder elektronisch einstellbare, Strahlbeeinflussungsstrukturen in den Anzeigebereichen 1111, 1112 vorgeben kann. 1 FIG. 12 shows a schematic representation of an arrangement 100 for shaping an incident laser beam 200, which has a controllable spatial light modulator 110. FIG. The spatial light modulator 110 can be embodied as a liquid crystal display, which can specify freely selectable, in particular programmable or electronically adjustable, beam influencing structures in the display areas 1111, 1112.

Die Anzeigeebene 111 des Lichtmodulators 110 kann in eine Mehrzahl von Anzeigebereichen geteilt werden und in wenigstens einem ersten Anzeigebereich 1111 eine erste Strahlbeeinflussungsstruktur und in einem zweiten Anzeigebereich 1112 eine zweite Strahlbeeinflussungsstruktur darstellen.The display plane 111 of the light modulator 110 can be divided into a plurality of display areas and display a first beam influencing structure in at least a first display area 1111 and a second beam influencing structure in a second display area 1112 .

Die ganz schematisch dargestellte Strahlführungsoptik 130 ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl 200 entlang seiner Propagationsrichtung zunächst mit dem ersten Anzeigebereich 1111 und danach mit dem zweiten Anzeigebereich 1112 in Wechselwirkung zu bringen. Dabei weist die Strahlführungsoptik 130 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Spiegel 131 auf, der angeordnet ist, um den von dem ersten Anzeigebereich 1111 kommenden Laserstrahl 200 zu dem zweiten Anzeigebereich 1112 zu lenken. Es ist möglich, dass zusätzlich eine abbildende optische Anordnung mit wenigstens einem abbildenden optischen Element zwischen dem ersten Anzeigebereich 1111 und dem zweiten Anzeigebereich 1112 im Strahlpfad des Laserstrahls 200 vorgesehen ist, beispielsweise eine Linse. Auch ist es möglich, dass der Spiegel 131 als abbildendes optisches Element ausgestaltet ist. Dabei sind der erste Anzeigebereich 1111 und der zweite Anzeigebereich 1112 bevorzugt jeweils in einer Fokusebene des abbildenden optischen Elements oder der abbildenden optischen Anordnung so angeordnet, dass eine 2f-Anordnung verwirklicht wird.The beam guidance optics 130 shown very schematically are set up to cause the laser beam 200 to interact along its propagation direction first with the first display area 1111 and then with the second display area 1112 . In the exemplary embodiment illustrated here, the beam guidance optics 130 have a first mirror 131 which is arranged in order to direct the laser beam 200 coming from the first display area 1111 to the second display area 1112 . It is possible that an imaging optical arrangement with at least one imaging optical element is additionally provided between the first display area 1111 and the second display area 1112 in the beam path of the laser beam 200, for example a lens. It is also possible for the mirror 131 to be designed as an imaging optical element. The first display area 1111 and the second display area 1112 are preferably each arranged in a focal plane of the imaging optical element or the imaging optical arrangement such that a 2f arrangement is implemented.

Die Strahlführungsoptik 130 weist hier außerdem einen zweiten Spiegel 133 auf, der den Laserstrahl 200 hinter dem zweiten Anzeigebereich 1112 in Richtung des zu bearbeitenden Materials 300 umlenkt.The beam guidance optics 130 also have a second mirror 133 here, which deflects the laser beam 200 behind the second display area 1112 in the direction of the material 300 to be processed.

Der Laserstrahls 200 wird mit dem Spiegel 131 zunächst mit dem ersten Anzeigebereich 1111 in Wechselwirkung gebracht, wobei er danach mit dem zweiten Anzeigebereich 1112 in Wechselwirkung gebracht wird. Durch Ansteuern des Lichtmodulators 110 wird in dem ersten Anzeigebereich 1111 eine erste Strahlbeeinflussungsstruktur und in dem zweiten Anzeigebereich 1112 eine zweite, insbesondere von der ersten verschiedene, Strahlbeeinflussungsstruktur erzeugt.The laser beam 200 is first interacted with the mirror 131 on the first display area 1111 and is then interacted with the second display area 1112 . By driving the light modulator 110, a first beam influencing structure is generated in the first display area 1111 and a second beam influencing structure, in particular different from the first, is generated in the second display area 1112.

Insbesondere wird bevorzugt sowohl in dem ersten Anzeigebereich 1111 als auch in dem zweiten Anzeigebereich 1112 als Strahlbeeinflussungsstruktur jeweils eine Phasenbeeinflussungsstruktur erzeugt, wobei durch die erste Phasenbeeinflussungsstruktur in dem ersten Anzeigebereich 1111 bevorzugt eine erste Amplitudenverteilung des Laserstrahls nach einer ersten Propagationsstrecke, insbesondere in der Ebene des zweiten Anzeigebereichs 1112, bereitgestellt wird. Durch die zweite Phasenbeeinflussungsstruktur in dem zweiten Anzeigebereich 1112 wird eine Phasenverteilung in einer Querschnittsebene des Laserstrahls 200 homogenisiert. Alternativ oder zusätzlich wird durch die Phasenbeeinflussungsstruktur in dem zweiten Anzeigebereich 1112 eine zweite Amplitudenverteilung nach einer zweiten Propagationsstrecke, insbesondere auf einer Zielebene oder Bearbeitungsebene 310, beeinflusst.In particular, a phase influencing structure is preferably generated both in the first display area 1111 and in the second display area 1112 as a beam influencing structure, with the first phase influencing structure in the first display area 1111 preferably producing a first amplitude distribution of the laser beam after a first propagation path, in particular in the plane of the second display area 1112, is provided. A phase distribution in a cross-sectional plane of the laser beam 200 is homogenized by the second phase influencing structure in the second display region 1112 . Alternatively or additionally, a second amplitude distribution after a second propagation path, in particular on a target level or processing level 310, is influenced by the phase influencing structure in the second display area 1112.

Insbesondere ist es möglich, dass mittels der ersten Phasenbeeinflussungsstruktur eine Flat-Top-Intensitätsverteilung des Laserstrahls 200 auf dem zweiten Anzeigebereich 1112 erzeugt wird, wobei durch die zweite Phasenbeeinflussungsstruktur eine Phasenwölbung des Flat-Tops geglättet und damit die Wellenfront des Laserstrahls 200 geebnet, und/oder ein bestimmtes Propagationsverhalten oder eine bestimmte Schärfentiefe des Laserstrahls 200 eingestellt, und/oder eine räumliche Winkelverteilung des Laserstrahls 200 beeinflusst, und/oder eine Homogenität oder Inhomogenität des Laserstrahls 200 gezielt beeinflusst, und/oder eine Außenkontur des Laserstrahls 200 beeinflusst, besonders bevorzugt geschärft wird.In particular, it is possible for a flat-top intensity distribution of the laser beam 200 to be generated on the second display region 1112 by means of the first phase-influencing structure, with a phase curvature of the flat-top being smoothed out by the second phase-influencing structure and thus the wavefront of the laser beam 200 being flattened, and/or a specific propagation behavior or a specific depth of field of laser beam 200 is set, and/or influences a spatial angular distribution of laser beam 200, and/or influences a homogeneity or inhomogeneity of laser beam 200 in a targeted manner, and/or influences an outer contour of laser beam 200, in particular preferably sharpened.

Insbesondere können durch die Strahlbeeinflussungsstrukturen kontinuierliche Bearbeitungskonturen auf das Material 300 abgebildet werden, so dass eine durchgängige Bearbeitung des Materials 300 möglich ist.In particular, continuous processing contours can be imaged on the material 300 by the beam influencing structures, so that a continuous processing of the material 300 is possible.

Die Anordnung 100 weist bevorzugt eine Bearbeitungsoptik 170 auf, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, um den von dem Lichtmodulator 110 kommenden Laserstrahl 200 auf ein Werkstück 300, insbesondere auf die Bearbeitungsebene 310 des Werkstücks 300, die zugleich auch als Zielebene bezeichnet wird, abzubilden.Arrangement 100 preferably has processing optics 170, which are arranged and set up to image laser beam 200 coming from light modulator 110 onto a workpiece 300, in particular onto processing plane 310 of workpiece 300, which is also referred to as the target plane.

Die Bearbeitungsoptik 170 kann als Teleskop 171 ausgebildet sein, besonders bevorzugt als 4f-Teleskop, durch welches der zweite Anzeigebereich 1112 derart auf die Bearbeitungsebene 310 abgebildet wird, dass das elektrische Feld des Laserstrahls 200 in der Ebene des zweiten Anzeigebereichs 1112 sowohl in Phase als auch Amplitude genau dem elektrischen Feld in der Bearbeitungsebene 310 entspricht, gegebenenfalls bis auf eine Vergrößerung, Verkleinerung und/oder Polarisationsänderung.The processing optics 170 can be embodied as a telescope 171, particularly preferably as a 4f telescope, through which the second display area 1112 is imaged onto the processing plane 310 in such a way that the electric field of the laser beam 200 is both in phase and in the plane of the second display area 1112 Amplitude exactly corresponds to the electric field in the processing plane 310, possibly up to an increase, reduction and / or polarization change.

Somit wird im Rahmen des Verfahrens mit dem Laserstrahl 200 hinter dem Lichtmodulator 110 das Werkstück 300 bestrahlt.Thus, as part of the method, the workpiece 300 is irradiated with the laser beam 200 behind the light modulator 110 .

In 2 ist eine Laserstrahlquelle 220 dargestellt, von welcher der Laserstrahl 200 ausgeht und durch welche bevorzugt der Laserstrahl 200 erzeugt wird. Die Laserstrahlquelle 220 kann insbesondere als Ultrakurzpulslaser ausgebildet sein, der eingerichtet ist, um Laserpulse mit einer zeitlichen Pulsbreite in der Größenordnung von Pikosekunden bis Femtosekunden zu erzeugen. In 2 a laser beam source 220 is shown, from which the laser beam 200 emanates and through which the laser beam 200 is preferably generated. The laser beam source 220 can in particular be embodied as an ultra-short pulse laser which is set up to generate laser pulses with a temporal pulse width in the order of magnitude of picoseconds to femtoseconds.

Des Weiteren ist in 2 eine Auskoppeloptik 140 vorgesehen, die ohne weiteres auch bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein kann, dort lediglich nicht explizit dargestellt ist. Die Auskoppeloptik 140 ist eingerichtet und angeordnet, um einen von einem Anzeigebereich 1111, 1112 der Mehrzahl von Anzeigebereichen 1111, 1112 kommenden Teillaserstrahl auf eine Diagnoseeinrichtung 150 zu lenken, mit der die Strahlqualität beurteilt werden kann.Furthermore, in 2 a decoupling optics 140 is provided, which can also easily be used in the in 1 shown first embodiment can be provided, is only not shown there explicitly. The decoupling optics 140 are set up and arranged in order to direct a partial laser beam coming from a display area 1111, 1112 of the plurality of display areas 1111, 1112 onto a diagnostic device 150, with which the beam quality can be assessed.

Die Diagnoseeinrichtung 150 ist mit dem räumlichen Lichtmodulator 110 rückgekoppelt, um eine gewünschte Intensitätsverteilung oder Amplitudenverteilung, eine Phasenverteilung, und/oder eine Polarisationsverteilung des Laserstrahls, sicherzustellen. Auf diese Weise kann insbesondere ein geschlossener Regelkreis zur Regelung der wenigstens eine Eigenschaft des Laserstrahls 200 verwirklicht werden.The diagnostic device 150 is fed back to the spatial light modulator 110 to ensure a desired intensity distribution or amplitude distribution, a phase distribution, and/or a polarization distribution of the laser beam. In this way, in particular, a closed control circuit for controlling the at least one property of the laser beam 200 can be implemented.

Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 150 dazu eingerichtet, eine Korrektur einer Phasenverschiebung zu ermitteln, wenn eine insbesondere lineare Polarisation des Laserstrahls 200 auf dem Lichtmodulator 110 so ausgerichtet ist, dass der Lichtmodulator 110 den Polarisationszustand des Laserstrahls 200 abhängig von seiner Ansteuerung verändert und eine Phasenverschiebung zwischen den zwei Anzeigebereichen auftritt.Diagnostic device 150 is preferably set up to determine a correction of a phase shift if a linear polarization, in particular of laser beam 200, is aligned on light modulator 110 in such a way that light modulator 110 changes the polarization state of laser beam 200 depending on its activation and a phase shift between the two display areas occurs.

Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 150 dazu eingerichtet, die Korrektur der Ansteuerung für eine Mehrzahl von Anzeigebereichen in Abhängigkeit von einem Strahlparameter und/oder einer Strahlwirkung des Laserstrahls 200 auf dem Lichtmodulator 110 -vorzugsweise global oder lokal - zu ermitteln, wobei der Strahlparameter bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: einer Fluenz, einer Intensität, und einer mittleren Leistung. Die Strahlwirkung ist bevorzugt eine Temperatur.Diagnostic device 150 is preferably set up to determine the correction of the activation for a plurality of display areas as a function of a beam parameter and/or a beam effect of laser beam 200 on light modulator 110 - preferably globally or locally - with the beam parameter preferably being selected from a group consisting of: a fluence, an intensity, and an average power. The jet effect is preferably a temperature.

In 2 weist die Anordnung 100 eine Strahlformoptik 160 auf, die angeordnet und eingerichtet ist, um eine Polarisation, insbesondere eine lineare Polarisation, des Laserstrahls 200 zwischen dem ersten Anzeigebereich 1111 und dem zweiten Anzeigebereich 1112 zu verändern, insbesondere zu drehen. Dabei weist die Strahlformoptik 160 hier eine erste λ/2-Ptatte 162 auf, die dem Laserstrahl 200 vor dem ersten Anzeigebereich 1111 eine definiert ausgerichtete, erste lineare Polarisation verleiht. Die Strahlformoptik 160 weist außerdem eine erste λ/4-Ptatte 163 auf, die derart vor dem ersten Spiegel 131 angeordnet ist, dass sie von dem Laserstrahl 200 auf dessen Weg von dem ersten Anzeigebereich 1111 zu dem zweiten Anzeigebereich 1112 zweimal passiert wird. Mithilfe der ersten λ/4-Ptatte kann die erste lineare Polarisation in eine zweite lineare Polarisation gedreht werden, mit welcher der Laserstrahl dann auf den zweiten Anzeigebereich 1112 trifft.In 2 the arrangement 100 has beam shaping optics 160 which are arranged and set up to change, in particular to rotate, a polarization, in particular a linear polarization, of the laser beam 200 between the first display area 1111 and the second display area 1112 . In this case, the beam shaping optics 160 have a first λ/2 plate 162 here, which gives the laser beam 200 in front of the first display area 1111 a first linear polarization that is aligned in a defined manner. The beam shaping optics 160 also has a first λ/4 plate 163 which is arranged in front of the first mirror 131 in such a way that the laser beam 200 passes it twice on its path from the first display area 1111 to the second display area 1112 . The first λ/4 plate can be used to rotate the first linear polarization into a second linear polarization, with which the laser beam then hits the second display area 1112 .

Bevorzugt ist die erste lineare Polarisation parallel zu einer bestimmten Kristallachse der beiden Kristallachsen der bevorzugt doppelbrechenden Kristalle des Lichtmodulators 110 ausgerichtet, sodass die Polarisation des Laserstrahls 100 in dem ersten Anzeigebereich 1111 nicht verändert wird, sondern lediglich Phasen- und/oder Amplitudenverteilung des Laserstrahls verändert wird.The first linear polarization is preferably aligned parallel to a specific crystal axis of the two crystal axes of the preferably birefringent crystals of the light modulator 110, so that the polarization of the laser beam 100 in the first display area 1111 is not changed, but only the phase and/or amplitude distribution of the laser beam is changed .

Durch die erste λ/4-Ptatte 163 wird die Polarisation des Laserstrahls 200 derart gedreht, dass die zweite lineare Polarisation nicht mehr parallel zu der bestimmten Kristallachse der Kristalle des Lichtmodulators ausgerichtet ist, sodass nunmehr die Polarisation des Laserstrahls 200 in dem zweiten Anzeigebereich 1112 verändert, insbesondere lokal, insbesondere pixelweise, gedreht werden kann.The polarization of the laser beam 200 is rotated by the first λ/4 plate 163 in such a way that the second linear polarization is no longer aligned parallel to the specific crystal axis of the crystals of the light modulator, so that the polarization of the laser beam 200 is now changed in the second display area 1112 , in particular locally, in particular pixel by pixel, can be rotated.

Beispielsweise kann das Laserlicht nach Durchlaufen der ersten λ/2-Ptatte 162 eine p-Polarisation aufweisen, so dass durch Wechselwirkung mit dem ersten Anzeigebereich 1111 die Polarisation des Strahls nicht verändert wird. Nach dem zweifachen Durchlaufen der λ/4-Ptatte 163 weist der Laserstrahl 200 eine s-Polarisation auf, so dass die Polarisation durch eine Wechselwirkung mit dem zweiten Anzeigebereich 1112 gedreht werden kann.For example, the laser light can have a p-polarization after passing through the first λ/2 plate 162, so that the polarization of the beam is not changed by interaction with the first display area 1111. After passing through the λ/4 plate 163 twice, the laser beam 200 has an s-polarization, so that the polarization can be rotated by an interaction with the second display area 1112 .

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Strahlformoptik 160 hinter dem zweiten Anzeigebereich 1112 eine Polarisationstrenneinrichtung 161 auf, die angeordnet und eingerichtet ist, um verschieden polarisierte Strahlanteile des von dem zweiten Anzeigebereich 1112 kommenden Laserstrahl 200 zu filtern und/oder voneinander zu trennen. Somit kann insbesondere der Laserstrahl 200 mit hoher Schärfe beliebig geformt werden, es können aber auch Intensitätsverläufe dargestellt werden.In the exemplary embodiment illustrated here, the beam shaping optics 160 have a polarization separating device 161 behind the second display area 1112, which is arranged and set up to filter and/or separate from one another the differently polarized beam components of the laser beam 200 coming from the second display area 1112. Thus, in particular, the laser beam 200 can be shaped as desired with high sharpness, but intensity curves can also be displayed.

Die Polarisationstrenneinrichtung 161 weist einen Dünnschichtpolarisator 1612 auf, durch den Strahlanteile mit bestimmter Polarisation transmittiert und Strahlanteile mit bestimmter anderer Polarisation reflektiert werden. Die Polarisationstrenneinrichtung 161 weist außerdem eine Strahlfalle 1613 auf, in die unerwünschte Strahlanteile, die mittels des Dünnschichtpolarisators 1612 ausgekoppelt wurden, geleitet und dort vernichtet werden. Weiter weist die Strahlformoptik 161 eine zweite λ/2-Ptatte 1611 auf, durch welche die durch den räumlichen Lichtmodulator 110 veränderte Polarisation auf den Dünnschichtpolarisator ausgerichtet werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann mittels der bevorzugt verstellbaren λ/2-Ptatte eingestellt werden, in welchem Umfang unerwünschte Strahlanteile durch den Dünnschichtpolarisator 1612 abgelenkt werden. The polarization separating device 161 has a thin-film polarizer 1612, through which beam components with a specific polarization are transmitted and beam components with a specific other polarization are reflected. The polarization separating device 161 also has a beam trap 1613, into which undesired beam components, which were coupled out by means of the thin-film polarizer 1612, are directed and destroyed there. The beam shaping optics 161 also have a second λ/2 plate 1611, through which the polarization changed by the spatial light modulator 110 can be aligned with the thin-film polarizer. Additionally or alternatively, the preferably adjustable λ/2 plate can be used to set the extent to which undesired beam components are deflected by the thin-layer polarizer 1612 .

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl 200 zwischen der ersten λ/2-Platte 162 und dem ersten Anzeigebereich 1111 mittels eines dritten Spiegels 135 umgelenkt.In the embodiment shown here, the laser beam 200 is deflected between the first λ/2 plate 162 and the first display area 1111 by means of a third mirror 135 .

Die Bearbeitungsoptik 170 weist hier neben dem Teleskop 171 noch einen vierten Spiegel 174 zum Umlenken des Laserstrahls 200, die Bearbeitungslinse 172, sowie außerdem eine zweite λ/4-Ptatte 173 auf, wobei mittels der zweiten λ/4-Ptatte 173 vorzugsweise zirkular polarisiertes Licht erzeugt wird, was Vorteile mit Blick auf die Bearbeitung des Werkstücks 300 haben kann.In addition to the telescope 171, the processing optics 170 also have a fourth mirror 174 for deflecting the laser beam 200, the processing lens 172, and also a second λ/4 plate 173, with the second λ/4 plate 173 preferably circularly polarized light is generated, which can have advantages with regard to the processing of the workpiece 300 .

Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens wird bevorzugt wenigstens eine Eigenschaft des Laserstrahls mittels der Diagnoseeinrichtung 150 ermittelt, wobei die erste Strahlbeeinflussungsstruktur und/oder die zweite Strahlbeeinflussungsstruktur in Abhängigkeit von der wenigstens einen ermittelten Eigenschaft verändert wird/werden. Der Teillaserstrahl wird hierzu bevorzugt aus dem Strahlpfad ausgekoppelt.As part of the proposed method, at least one property of the laser beam is preferably determined using diagnostic device 150, with the first beam influencing structure and/or the second beam influencing structure being changed as a function of the at least one property determined. For this purpose, the partial laser beam is preferably decoupled from the beam path.

In 3 weist die Anordnung 100 einen weiteren räumlichen Lichtmodulator 110' auf. Der zusätzliche räumlichen Lichtmodulator 110' ist hierbei vorzugsweise Teil des Strahlenpfads der Bearbeitungsoptik 170, wobei der Laserstrahl 200 durch eine Linse 175 fällt und über einen Umlenkspiegel 177 mit dem dritten Anzeigebereich 1113 in der Anzeigeebene 112 des weiteren räumlichen Lichtmodulators 110' in Wechselwirkung tritt.In 3 the arrangement 100 has a further spatial light modulator 110'. The additional spatial light modulator 110' is preferably part of the beam path of the processing optics 170, with the laser beam 200 falling through a lens 175 and interacting via a deflection mirror 177 with the third display area 1113 in the display plane 112 of the further spatial light modulator 110'.

Mit der λ/2-Platte 173 kann die Polarisation des Laserstrahls 200 so eingestellt werden, dass die Wechselwirkung mit dem dritten Anzeigebereich 1113 eine Drehung der Polarisation erlaubt. Insbesondere kann dadurch die Polarisation lokal entlang der Bearbeitungskontur gedreht werden. Das bedeutet, dass die Polarisation stets orthogonal zur Bearbeitungskontur steht, wodurch in vorteilhafter Weise das Material bearbeitet werden kann und insbesondere eine homogene Kantenqualität unabhängig von der räumlichen Ausrichtung der jeweiligen Kontur erreicht wird.The polarization of the laser beam 200 can be adjusted with the λ/2 plate 173 in such a way that the interaction with the third display area 1113 allows a rotation of the polarization. In particular, the polarization can be rotated locally along the processing contour. This means that the polarization is always orthogonal to the processing contour, as a result of which the material can be processed in an advantageous manner and, in particular, a homogeneous edge quality is achieved independently of the spatial orientation of the respective contour.

Nach der Wechselwirkung mit dem dritten Anzeigebereich 1113 wird der Laserstrahl 200 über einen weiteren Umlenkspiegel 178 und eine weitere Linse 176 durch die Auskoppeloptik 140 auf das zu bearbeitenden Material 300 gelenkt und darauf abgebildet.After the interaction with the third display area 1113, the laser beam 200 is directed via a further deflection mirror 178 and a further lens 176 through the decoupling optics 140 onto the material 300 to be processed and imaged thereon.

Über die Auskoppeloptik 140 kann mit der Diagnoseeinrichtung 150 mindestens eine Eigenschaft des Laserstrahls 200 analysiert werden, sodass über eine elektronische Rückkopplung der Ansteuerung der beiden räumlichen Lichtmodulatoren 110 und 110' so gewählt werden kann, dass in der Bearbeitungsebene 310 der Laserstrahl 200 die gewünschte Intensitätsverteilung, Phasenverteilung und Polarisationsverteilung aufweist.At least one property of the laser beam 200 can be analyzed with the diagnostic device 150 via the decoupling optics 140, so that the activation of the two spatial light modulators 110 and 110′ can be selected via electronic feedback so that in the processing plane 310 the laser beam 200 has the desired intensity distribution, Has phase distribution and polarization distribution.

In 4 ist ein möglicher Verlauf der Strahlform entlang des Strahlpfads gezeigt. Beispielsweise ist in 4A angezeigt, wie die Intensitätsverteilung des Strahls aussieht, nachdem ein Gaußförmiger Strahl mit dem ersten Anzeigebereich 1111 in Wechselwirkung getreten ist. Es ist deutlich zu sehen, dass die Intensitätsverteilung eine annähernd quadratische Form aufweist, die deutlich von einer Gauß‘schen Intensitätsverteilung abweicht. Es ist jedoch ebenso ersichtlich, dass die Intensität noch nicht vollständig homogen ist, sodass weitere Schritte zur Optimierung der Strahlform notwendig sind.In 4 a possible progression of the beam shape along the beam path is shown. For example, in 4A shows what the intensity distribution of the beam looks like after a Gaussian beam has interacted with the first display area 1111 . It can be clearly seen that the intensity distribution is approximately quadratic has a shape that deviates significantly from a Gaussian intensity distribution. However, it is also evident that the intensity is not yet completely homogeneous, so further steps to optimize the beam shape are necessary.

Aus diesem Grund kann der Strahl für eine weitere Wechselwirkung auf den zweiten Anzeigebereich 1112 gelenkt werden, wie in 4B gezeigt ist. Beim Umlenkvorgang kann der Laserstrahl zweimal eine λ/4-Ptatte passieren, wodurch die Polarisation des Laserstrahls so gedreht wird, dass die Polarisation nicht mehr entlang einer bestimmten Kristallachse des Flüssigkristalldisplays entspricht, sodass dort bei der Wechselwirkung mit dem zweiten Anzeigebereich 1112 die Polarisation beeinflusst werden kann. Zudem ist die zweite Wechselwirkung mit dem zweiten Anzeigebereich 1112 in der Lage, die Intensitätsverteilung weiter zu homogenisieren und die Kanten der Intensitätsverteilung zu glätten und so den Laserstrahl 200 für eine folgende Schärfung zu modifizieren.For this reason, the beam can be directed to the second display area 1112 for further interaction, as in FIG 4B is shown. During the deflection process, the laser beam can pass through a λ/4 plate twice, which rotates the polarization of the laser beam in such a way that the polarization no longer corresponds to a specific crystal axis of the liquid crystal display, so that the interaction with the second display area 1112 influences the polarization there can. In addition, the second interaction with the second display area 1112 is capable of further homogenizing the intensity distribution and smoothing the edges of the intensity distribution and thus modifying the laser beam 200 for subsequent sharpening.

In 4C ist die Intensitätsverteilung gezeigt, nachdem der Laserstrahl 200 mit dem zweiten Anzeigebereich 1112 in Wechseldeckung getreten ist und von einem Dünnschichtpolarisator 1612 durch Ausleiten der unerwünschten Strahlanteile geschärft worden ist. Beim Durchgang des Laserstrahls 200 durch den Dünnschichtpolarisator 1612 wurden alle unerwünschten Polarisationsrichtungen aus dem Strahl entfernt, sodass eine definierte Polarisationsverteilung im Strahl verbleibt.In 4C 1 shows the intensity distribution after the laser beam 200 has come into alternating registration with the second display area 1112 and has been sharpened by a thin-film polarizer 1612 by rejecting the undesired beam components. During the passage of the laser beam 200 through the thin-film polarizer 1612, all undesired directions of polarization were removed from the beam, so that a defined polarization distribution remains in the beam.

Nach dem Passieren des Dünnschichtpolarisators 1612, der das Schärfen der Kontur vollendet, kann ein weiterer Übergang über einen räumlichen Lichtmodulator erfolgen, wodurch die Polarisation abhängig vom gewünschten Prozessergebnis lokal eingestellt werden kann.After passing through the thin film polarizer 1612, which completes the contour sharpening, a further transition can be made via a spatial light modulator, allowing the polarization to be locally tuned depending on the desired process outcome.

In 4D sind verschiedene Strahlformen gezeigt, die sich ergeben können, wenn beispielsweise der geschärfte Laserstrahl 200 mit dem Anzeigebereich 1113 eines weiteren räumlichen Lichtmodulators 110' in Wechselwirkung tritt. Die Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem zweiten Anzeigebereich 1112 kann die Polarisation des Laserstrahls 200 jedoch bereits teilweise so drehen, dass beim Schärfungsprozess die Filterung der unerwünschten Polarisationsrichtungen eine entsprechende Bearbeitungskontur ergibt.In 4D Various beam shapes are shown that may result when, for example, the sharpened laser beam 200 interacts with the display area 1113 of another spatial light modulator 110'. However, the interaction of the laser beam with the second display area 1112 can already partially rotate the polarization of the laser beam 200 such that during the sharpening process the filtering of the undesired directions of polarization results in a corresponding processing contour.

In 4E ist eine zusammengesetzte Bearbeitungskontur gezeigt, die zwei Quadrate mit unterschiedlicher Seitenlänge umfasst, wobei beide Quadrate übereinander zentriert sind. Beide Quadrate sind für sich genommen kontinuierliche Bearbeitungskonturen, so dass die zusammengesetzte Bearbeitungskontur ebenfalls kontinuierlich ist.In 4E a composite machining contour is shown comprising two squares with different side lengths, with both squares centered on top of each other. Both squares are continuous machining contours on their own, so the composite machining contour is also continuous.

In einer weiteren Variante können aber auch die gezeigten Bearbeitungskonturen mit deren gewünschter Amplitudenverteilung bereits nach der Wechselwirkung mit dem ersten Anzeigebereich 1111 erreicht werden, wobei die nachfolgenden Wechselwirkungen die entsprechenden Bearbeitungskonturen lediglich schärfen oder optimieren.In a further variant, however, the processing contours shown with their desired amplitude distribution can also be achieved after the interaction with the first display area 1111, with the subsequent interactions merely sharpening or optimizing the corresponding processing contours.

Für das Einbringen solcher Bearbeitungskonturen kann der Laserstrahl von einem Ultrakurzpulslaser zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann die Pulsdauer zwischen 300 fs und 10 ps liegen, beispielsweise bei 1 ps. Die maximale Fluenz zwischen 0,3 J/cm² und 30 J/cm², insbesondere zwischen 1 J/cm² und 5 J/cm², liegen. Der Fokusdurchmesser und somit das kleinste einbringbare Detail der Bearbeitungskontur, kann zwischen 5µm und 50µm, insbesondere 9µm, groß sein. Beispielsweise ist es somit nicht möglich das Schachbrettmuster aus 4D mit einer gleichmäßigen Rasterung kleiner als 9 µm herzustellen.The laser beam can be made available by an ultra-short pulse laser to introduce such machining contours. For example, the pulse duration can be between 300 fs and 10 ps, for example 1 ps. The maximum fluence is between 0.3 J/cm ² and 30 J/cm ² , in particular between 1 J/cm ² and 5 J/cm ² . The focus diameter and thus the smallest detail of the machining contour that can be introduced can be between 5 μm and 50 μm, in particular 9 μm. For example, it is therefore not possible to switch off the checkerboard pattern 4D with a uniform grid smaller than 9 µm.

In 5A ist ein Verfahren zum Trennen eines Materials nach dem Stand der Technik gezeigt. Gezeigt ist das Einbringen von mehreren Fokuspunkten entlang einer Trennlinie, die die gewünschte Bearbeitungskontur 400 ergibt. Um mit der Vielzahl an aufgereihten Fokuspunkten das Material 300 entlang der Trennlinie zu schneiden, muss über einen relativen Vorschub die Vielzahl an Fokuspunkten entlang der Trennlinie verschoben werden. Da jeder Fokuspunkt einen Teil der Materialdicke abtragen kann, ist es notwendig, dass jeder Fokuspunkt jeden Punkt der Trennlinie überstreicht. Insbesondere bedeutet dies, dass ein Teil der Fokuspunkte über den Rand des Materials hinausgeführt wird, wobei die Werkstückaufnahme beschädigt werden kann (schematisch gezeigt durch den abnehmenden Schwarzwert der Trennlinien).In 5A a prior art method of separating a material is shown. Shown is the introduction of a plurality of focal points along a dividing line, which results in the desired processing contour 400. In order to cut the material 300 along the dividing line with the multiplicity of focal points arranged in a row, the multiplicity of focal points must be shifted along the dividing line via a relative feed. Since each focal point can remove part of the material thickness, it is necessary for each focal point to cover every point on the dividing line. In particular, this means that some of the focus points extend beyond the edge of the material, which can damage the workpiece holder (shown schematically by the decreasing black value of the dividing lines).

In 5B ist analog das hier vorgeschlagene Verfahren gezeigt, bei dem die Bearbeitungskontur 400 bei stationärem Laserstrahl gleichzeitig in das Material 300 eingebracht wird. Indem in jeden Punkt der Bearbeitungskontur 400 Laserenergie eingebracht wird, ist es möglich das Material 300 zu schneiden, ohne dass ein relativer Vorschub zwischen Laserstrahl 200 und Material 300 notwendig ist. Vielmehr ist es möglich, dass der Laserstrahl 200 während des eigentlichen Trennprozesses stationär gehalten bleibt, also insbesondere in der x- und y-Richtung keine Relativbewegung zwischen dem die Bearbeitungskontur tragenden Laserstrahl und dem zu bearbeitenden Material stattfindet.In 5B the method proposed here is shown analogously, in which the processing contour 400 is simultaneously introduced into the material 300 with a stationary laser beam. By introducing laser energy into each point of the processing contour 400, it is possible to cut the material 300 without a relative advance between the laser beam 200 and the material 300 being necessary. Rather, it is possible for the laser beam 200 to remain stationary during the actual cutting process, that is to say there is no relative movement between the laser beam carrying the processing contour and the material to be processed, in particular in the x and y directions.

Wenn die Laserpulse durch die vorgeschlagene Anordnung auf das Material 300 abgegeben werden, so teilt sich die Laserenergie gleichmäßig auf die entsprechende Bearbeitungskontur auf, wodurch ein gleichmäßiger Materialabtrag möglich ist. Insbesondere ist es möglich, mit diesem Verfahren alle Punkte beziehungsweise Gebiete der Bearbeitungskontur 400 gleichzeitig zu bearbeiten. Außerdem ist es möglich, dass das Material gemäß der Bearbeitungskontur gleichzeitig schichtweise abgetragen wird, also die Abtragstiefe entlang der Bearbeitungskontur 400 stets gleich groß ist.When the laser pulses are emitted onto the material 300 by the proposed arrangement, the laser energy is distributed evenly over the corresponding processing contour, as a result of which uniform material removal is possible is. In particular, it is possible to process all points or areas of the processing contour 400 simultaneously with this method. It is also possible for the material to be removed in layers at the same time according to the processing contour, ie the depth of removal along the processing contour 400 is always the same.

Die gezeigten Bearbeitungskonturen können Abmessungen von 0,5x0,5 mm² bis hin zu 20x20 mm² aufweisen. Beispielsweise können die quadratischen Bearbeitungskonturen eine Größe von 5x5 mm² aufweisen. Auf diese Weise können beispielsweise Mikrochips jeweils mit einer Belichtung aus einem Silizium-Wafer herausgeschnitten werden.The processing contours shown can have dimensions of 0.5x0.5 mm ² up to 20x20 mm ² . For example, the square machining contours can have a size of 5×5 mm ² . In this way, for example, microchips can each be cut out of a silicon wafer with one exposure.

In 6 ist eine auf ein Material 300 aufgebrachte Bearbeitungskontur 400 gezeigt, die teilweise eine geschwungene Form aufweist und bei der die lokale Polarisation 500 stets senkrecht zum Verlauf der Bearbeitungskontur 400 steht. Nachdem der Laserstrahl 200 mit den ersten beiden Anzeigebereichen des räumlichen Lichtmodulators in Wechselwirkung getreten ist und beispielsweise durch die λ/2-Platte 173 eine optimale Polarisation aufgeprägt bekommen hat, kann der dritte Anzeigebereich 1113 des weiteren räumlichen Lichtmodulators 110' die Polarisation 500 des Laserstrahls 200 lokal drehen. Insbesondere ist dies möglich, weil durch die λ/2-Ptatte 173 der gesamte Strahl eine wohldefinierte Polarisation aufweist, die so gedreht werden kann, dass die Polarisation des gesamten Strahls gemäß der Polarisationsbeeinflussungsstruktur des Anzeigebereichs 1113 drehbar wird.In 6 a processing contour 400 applied to a material 300 is shown, which partially has a curved shape and in which the local polarization 500 is always perpendicular to the course of the processing contour 400 . After the laser beam 200 has interacted with the first two display areas of the spatial light modulator and has been given an optimal polarization, for example by the λ/2 plate 173, the third display area 1113 of the further spatial light modulator 110' can have the polarization 500 of the laser beam 200 rotate locally. In particular, this is possible because due to the λ/2 plate 173 the entire beam has a well-defined polarization which can be rotated in such a way that the polarization of the entire beam becomes rotatable according to the polarization influencing structure of the display area 1113 .

Die lokal gedrehte Polarisation steht insbesondere überall senkrecht auf der Bearbeitungskontur 400. Beispielsweise ist die Polarisation 500 an der oberen und unteren Seite der Bearbeitungskontur 400 vertikal ausgerichtet ist, wohingegen die Polarisation 500 auf der linken Seite horizontal ausgerichtet ist. Die Polarisation auf der rechten Seite der Bearbeitungskontur 400 hat hingegen keine feste Ausrichtung, sondern variiert mit der Krümmung der Bearbeitungskontur 400.In particular, the locally rotated polarization is perpendicular everywhere on the processing contour 400. For example, the polarization 500 on the upper and lower sides of the processing contour 400 is oriented vertically, whereas the polarization 500 on the left side is oriented horizontally. The polarization on the right side of the processing contour 400, on the other hand, does not have a fixed orientation, but varies with the curvature of the processing contour 400.

7 zeigt einen Bearbeitungsprozess, bei dem aus einem Material 300 eine Teil mit der Form des Buchstaben „F“ herausgetrennt werden soll. In 7A wird zu diesem Zweck dem Laserstrahl 200 eine erste kontinuierliche Bearbeitungskontur 400 aufgeprägt, mit der das Material 300 entlang des oberen Teils der Gesamtkontur getrennt werden kann. In 7B wird dem Laserstrahl 200 eine kontinuierliche Bearbeitungskontur 400 aufgeprägt, mit der das Material 300 entlang des unteren Teils der Gesamtkontur getrennt werden kann, so dass danach das Material 300 entlang der Gesamtkontur getrennt ist. Sowohl die Bearbeitungskontur 400 der 7A als auch der 7B sind kontinuierlich. In 7C ist gezeigt, dass die kontinuierlichen Bearbeitungskonturen 400 der Figuren 7A, B auch zu einer kontinuierlichen Bearbeitungskontur 400 zusammengesetzt werden können, so dass das Material 300 in einem Schritt entlang der Endkontur getrennt werden kann. 7 shows a machining process in which a part with the shape of the letter "F" is to be cut out of a material 300. In 7A For this purpose, a first continuous processing contour 400 is impressed on the laser beam 200, with which the material 300 can be separated along the upper part of the overall contour. In 7B a continuous processing contour 400 is impressed on the laser beam 200, with which the material 300 can be separated along the lower part of the overall contour, so that the material 300 is then separated along the overall contour. Both the processing contour 400 of 7A as well as the 7B are continuous. In 7C is shown that the continuous machining contours 400 of the figures 7A, B can also be assembled into a continuous processing contour 400, so that the material 300 can be separated in one step along the final contour.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all individual features that are presented in the exemplary embodiments can be combined with one another and/or exchanged without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

100100: Anordnungarrangement
110110: räumlicher Lichtmodulatorspatial light modulator
110'110': weiterer räumlicher Lichtmodulatoranother spatial light modulator
11111111: erster Anzeigebereichfirst display area
11121112: zweiter Anzeigebereichsecond display area
11131113: dritter Anzeigebereichthird display area
130130: Strahlführungsoptikbeam delivery optics
131131: erster Spiegelfirst mirror
133133: zweiter Spiegelsecond mirror
140140: Auskoppeloptikdecoupling optics
150150: Diagnoseeinrichtungdiagnostic facility
160160: Strahlformoptikbeam shaping optics
161161: Polarisationstrenneinrichtungpolarization separator
16111611: λ/2-Ptatteλ/2 plate
16121612: Dünnschichtpolarisatorthin film polarizer
162162: λ/2-Ptatteλ/2 plate
163163: λ/4-Ptatteλ/4 plate
170170: Bearbeitungsoptikprocessing optics
171171: Teleskoptelescope
172172: Bearbeitungslinseprocessing lens
173173: λ/4-Platteλ/4 plate
174174: vierter Spiegelfourth mirror
175175: Linselens
176176: Linselens
177177: Umlenkspiegeldeflection mirror
178178: Umlenkspiegeldeflection mirror
200200: Laserstrahllaser beam
220220: Laserstrahlquellelaser beam source
300300: Materialmaterial
310310: Bearbeitungsebeneediting level
400400: Bearbeitungskonturprocessing contour
500500: lokale Polarisationlocal polarization

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 2186596 A1 [0004]EP 2186596 A1 [0004]
DE 112013002095 T5 [0005]DE 112013002095 T5 [0005]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines zu bearbeitenden Materials (300) mittels eines Laserstrahls (200), insbesondere zum Schneiden von Silizium-Wafern, wobei der Laserstrahl (200) auf einen Lichtmodulator (110) zur Phasen- und/oder Amplitudenmodulation gelenkt wird, um dem Laserstrahl (200) eine Intensitätsverteilung aufzuprägen, welche einer kontinuierlichen Bearbeitungskontur (400) entspricht, und der Laserstrahl (200) zur Bearbeitung des Materials (300) mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur (400) auf das Material (300) abgebildet wird und der Laserstrahl (200) zur Bearbeitung relativ zu dem zu bearbeitenden Material (300) stationär gehalten wird.Method for processing a material (300) to be processed by means of a laser beam (200), in particular for cutting silicon wafers, wherein the laser beam (200) is directed onto a light modulator (110) for phase and/or amplitude modulation in order to impress an intensity distribution on the laser beam (200) which corresponds to a continuous processing contour (400), and the laser beam (200) for processing the material (300) with the embossed processing contour (400) is imaged onto the material (300) and the laser beam (200) for processing is kept stationary relative to the material (300) to be processed.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Material (300) entlang der Bearbeitungskontur (400) gleichzeitig abgetragen wird, bevorzugt schichtweise abgetragen wird.procedure after claim 1 , characterized in that material (300) along the processing contour (400) is removed simultaneously, preferably is removed in layers.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtmodulator (110) ein räumlicher Lichtmodulator ist.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the light modulator (110) is a spatial light modulator.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskontur (400) durch eine von einem ersten Anzeigenbereich (1111) des Lichtmodulators (110) ausgebildete erste Strahlbeeinflussungsstruktur und eine danach durchlaufene von einem zweiten Anzeigenbereich (1112) des Lichtmodulators (110) ausgebildete zweite Strahlbeeinflussungsstruktur hervorgerufen wird, wobei der erste Anzeigebereich (1111) und der zweite Anzeigenbereich (1112) den Laserstrahl (200) bevorzugt in Form einer lateralen Intensitäts- und/oder Phasen- und/oder Polarisationsverteilung beeinflussen.procedure after claim 3 , characterized in that the processing contour (400) is caused by a first display area (1111) of the light modulator (110) formed first beam influencing structure and a second beam influencing structure then passed through by a second display area (1112) of the light modulator (110), wherein the first display area (1111) and the second display area (1112) influence the laser beam (200) preferably in the form of a lateral intensity and/or phase and/or polarization distribution.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (200) vor der Abbildung auf das Material (300) auf einen weiteren Lichtmodulator (110') gelenkt wird, um die Polarisation der Bearbeitungskontur (400) lokal zu beeinflussen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (200) is directed onto a further light modulator (110') before imaging onto the material (300) in order to locally influence the polarization of the processing contour (400).

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskontur (400) offen oder geschlossen ausgebildet wird, wobei eine geschlossene Bearbeitungskontur (400) bevorzugt kreisförmig oder rechteckig oder quadratisch ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing contour (400) is of open or closed design, a closed processing contour (400) preferably being of circular, rectangular or square design.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auszuschneidende Kontur in dem Material (300) vollständig durch die Bearbeitungskontur (400) abgebildet wird und das Ausschneiden der auszuschneidenden Kontur in dem Material (300) mit stationär gehaltenem Laserstrahl (200) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a contour to be cut out in the material (300) is completely imaged by the processing contour (400) and the cutting out of the contour to be cut out in the material (300) is carried out with the laser beam (200) held stationary .

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (200) von einem Ultrakurzpulslaser zur Verfügung gestellt wird, wobei - die Pulsdauer zwischen 300fs und 10ps, insbesondere bei 1ps, liegt, und/oder - die maximale Fluenz zwischen 0,3 J/cm² und 30 J/cm², insbesondere zwischen 1 J/cm² und 5 J/cm², liegt, und/oder - der Fokusdurchmesser und somit das kleinste einbringbare Detail der Bearbeitungskontur zwischen 5µm und 50µm, insbesondere 9µm, groß ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (200) is provided by an ultra-short pulse laser, the pulse duration being between 300 fs and 10 ps, in particular 1 ps, and/or the maximum fluence being between 0.3 J/cm ² and 30 J/cm ² , in particular between 1 J/cm ² and 5 J/cm ² , and/or the focus diameter and thus the smallest detail that can be introduced of the processing contour is between 5 μm and 50 μm, in particular 9 μm is.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskontur (400) zwischen 0,5×0,5mm² bis 10×20mm² oder 0,25mm² bis 200mm² groß ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the machining contour (400) is between 0.5×0.5 mm ² to 10×20 mm ² or 0.25 mm ² to 200 mm ² in size.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (200) mehrfach, insbesondere doppelt, mit demselben räumlichen Lichtmodulator (110) in Wechselwirkung tritt, wobei der räumliche Lichtmodulator (110) gleichzeitig einen ersten Anzeigenbereich (1111) und einen zweiten Anzeigenbereich (1112) anzeigt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (200) interacts multiple times, in particular twice, with the same spatial light modulator (110), the spatial light modulator (110) simultaneously having a first display area (1111) and a second display area (1112) indicates.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Phase, Polarisation und die Bearbeitungskontur (400) des Laserstrahls (200) durch eine Kombination von mindestens zwei Wellenplatten (162, 163, 173), insbesondere von einem λ/4-Ptättchen und einem λ/2-Ptättchen, eingestellt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that phase, polarization and the processing contour (400) of the laser beam (200) by a combination of at least two wave plates (162, 163, 173), in particular of a λ / 4 plate and a λ/2 platelets.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskontur (400) beim Durchgang durch einen Polarisator (1612), insbesondere einem Dünnschichtpolarisator, geschärft wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing contour (400) is sharpened as it passes through a polarizer (1612), in particular a thin-film polarizer.

Verfahren nach einem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abbilden des Laserstrahls (200) mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur (400) die Polarisation des Laserstrahls (200) durch Wechselwirkung mit einem weiterem Lichtmodulator (110') lokal eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that before imaging the laser beam (200) with the impressed processing contour (400), the polarization of the laser beam (200) is adjusted locally by interaction with a further light modulator (110').

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisation des Laserstrahls (200) mit der aufgeprägten Bearbeitungskontur (400) lokal immer senkrecht zur Bearbeitungskontur (400) steht.procedure after Claim 13 , characterized in that the polarization of the laser beam (200) with the impressed machining contour (400) is always locally perpendicular to the machining contour (400).

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Lichtmodulatoren (110, 110') aus einer Gruppe von Lichtmodulatoren, bestehend aus räumlichen Lichtmodulatoren, Nanogittern, Hybridelementen, leistungstauglichen Blenden und diffraktiven optischen Elementen, gewählt wird oder werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the light modulator or light modulators (110, 110') is or are selected from a group of light modulators consisting of spatial light modulators, nanogrids, hybrid elements, efficient diaphragms and diffractive optical elements.